DE102007018047A1

DE102007018047A1 - Prüfanordnung für die Zuverlässigkeitsanalyse an Zugmittelgetrieben

Info

Publication number: DE102007018047A1
Application number: DE102007018047A
Authority: DE
Inventors: Martin Garzke; Stefan Müller
Original assignee: Fachhochschule Jena
Current assignee: Fachhochschule Jena
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-23

Abstract

Eine Prüfanordnung für die Zuverlässigkeitsanalyse bei Zugmittelgetrieben, insbesondere zur Verschleißprüfung an form- oder kraftschlüssigen Zugmitteln, welche nach dem Prinzip des geschlossenen Leistungsflusses arbeitet, benutzt zur Verspannungseinstellung der Zugmittel eine Umlenkeinrichtung mit Umlenkrädern und mit einer lageverstellbaren, kraftbelasteten Spannrolle in mindestens einem von zwei gleichartigen, parallel arbeitenden Getrieben. Zur Verspannungsänderung kann im laufenden Betrieb der Prüfanordnung die über die Umlenkrolle auf das Zugmittel einwirkende Belastungskraft kontinuierlich verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung für die Zuverlässigkeitsanalyse an Zugmittelgetrieben.
Zugmittelgetriebe sind technische Systeme, die zur Wandlung von Drehzahl, Drehmoment und Drehrichtung zwischen zwei oder mehr nicht koaxialen Wellen eingesetzt werden. Diese Getriebe bestehen aus zwei oder mehreren Rädern oder Scheiben, die sich nicht berühren, aber von einem Zugmittel, wie Kette oder Riemen, umschlungen werden und dabei Umfangsgeschwindigkeiten und Umfangskräfte übertragen. Die Zugmittelstränge zwischen den Scheiben oder Rädern werden als Trume bezeichnet, und zwar das ziehende Trum als Lasttrum und das gezogene Trum als Leertrum.
Es sind bereits Anordnungen und Verfahren zur Ermittlung des Verschleißverhaltens bekannt, bei denen das Getriebe unter verschiedenen Last- und Schmierzuständen betrieben wird. Von einem Antrieb, z. B. einem Elektromotor, wird über das angetriebene Rad die Leistung in das Getriebe eingetragen. Durch eine Bremsvorrichtung wird über das getriebene Rad die Belastung des Getriebes simuliert. Ein derartiger Aufbau überführt die Antriebsleistung fast ausschließlich in Abwärme der Bremsvorrichtung. Für Daueruntersuchungen ist daher diese Lösung schon aus energetischer Sicht völlig unwirtschaftlich. Um der beträchtlichen Energievernichtung im Dauerbetrieb vorzubeugen, wurden bereits Lösungen vorgeschlagen, bei denen als Bremsvorrichtungen Gleichstrom- oder Asynchrongeneratoren zur Anwendung gelangen, welche die vom Generator erzeugte elektrische Energie über Netzumrichter wieder in das Netz zurückführen, so dass als Antriebsenergie nur die für die Reibung aufzubringenden Leistung sowie die elektrische Verlustleistung benötigt wird. Ein Nachteil dieser bekannten Lösungen besteht allerdings darin, dass, zusammen mit dem Stromgenerator und den elektrischen Vorrichtungen für die Stromrückführung, diese Prüfstände einen erheblichen gerätetechnischen Aufwand erfordern.
Bekannt ist aber auch, dass in derartigen Prüfständen das zu untersuchende Getriebe zwischen dem Antriebsmotor und einer Belastungsmaschine verspannt betrieben wird. Während durch Regelung des Motorantriebs und der Belastungsvorrichtung im Prüfstand die Drehzahl und das jeweilige Belastungsmoment festgelegt werden, wird die Verspannung mit teilweise recht aufwendigen technischen Mitteln, beispielsweise – wie in DE 1573455 oder DE 3424923 dargelegt – mittels eines Hydraulikmotors inklusive Hydrauliksystem, vorgenommen. Bildet die Prüfanordnung ein geschlossenes Verspannungsgetriebe mit zwei parallel verlaufenden und gegeneinander verspannten Wellensträngen als Laststrängen, deren beide Wellenenden drehkraftschlüssig miteinander verbunden sind, so müssen durch den äußeren Antrieb gleichfalls nur die mechanischen Reibungsverluste im Verspannungsgetriebe, wie sie durch Reibung z. B. in den Kettengliedern oder bei der Relativbewegung zwischen Kette und Kettenrad entstehen, ersetzt werden. In einer solchen Anordnung enthält dann wenigstens einer der beiden Stränge ein zu prüfendes Getriebeelement. Eine Prüfanordnung zur Untersuchung des Verschleißverhaltens von Getriebeketten, bei der allerdings die Verspannung durch Torsionskräfte von verstellbaren Drehstabfedern bewirkt wird, beschreibt z. B. die Druckschrift: Manfred Kraus, Systematische Entwicklung einer wartungsarmen Antriebskette, Dissertation TH Darmstadt, 1997, S.61ff.
Die Einstellung der gegenseitigen Verspannung kann aber bei den bekannten Prüfanordnungen zumeist nur bei deren Stillstand unter gleichzeitiger Öffnung der Verspannungskupplung zwischen den Wellensträngen vorgenommen werden. Ein kontinuierliches Durchfahren unterschiedlicher Belastungszustände während des gesamten Prüfbetriebs ist dadurch nicht möglich.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine einfache und wirtschaftlich arbeitende Prüfanordnung zu entwickeln, die nach dem Prinzip des geschlossenen Leistungsflusses arbeitet und bei welcher unter der gegenseitigen Verspannung zweier gleichartiger Getriebeeinheiten durch den äußeren Antrieb lediglich die im Getriebe entstehenden Reibungsverluste aufgebracht werden müssen. Neben einer massiven Energieeinsparung bei Dauerbetrieb soll eine derartige Verspannprüfanordnung die Aufrechterhaltung des Verspannungsmomentes während des gesamten Prüfbetriebes durch eine Permanentkraft gewährleisten und weiterhin ein kontinuierliches Durchfahren von unterschiedlichen Belastungszuständen für das Zugmittel während der gesamten Prüfdauer mit einfachen technischen Mitteln erlauben. Die Prüfanordnung ist insbesondere zur Untersuchung von prinzipbedingtem Verschleiß, wie er durch den Eingriff des Zugmittels an den Rädern bzw. Scheiben entsteht und dessen Größe u. a. vom Schmierzustand, der Art des Schmiermittels und der Last abhängig ist, vorgesehen. Im Ergebnis dessen sollen Maßnahmen zur Verschleißminderung und damit für die Zuverlässigkeit und die Einsatzdauer von Zugmittelgetrieben durch eine zweckmäßigere Abstimmung von Werkstoff, Schmiermittel und Wartung optimiert werden können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe löst nach den Merkmalen des ersten Hauptanspruchs eine Prüfanordnung für die Zuverlässigkeitsanalyse an form- oder reibschlüssigen Zugmittelgetrieben. Die Anordnung benutzt hierfür ein Getriebesystem mit einem ersten und einem damit mechanisch gekoppelten zweiten Getriebe, welches nach dem Prinzip des geschlossenen Leistungsflusses arbeitet. Die Belastung der zu untersuchenden Zugmittel wird durch deren gegenseitige Verspannung aufgebracht. Hierzu wird über ein Spannrad eine permanente Belastungskraft auf die Zugmittel ausgeübt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Gegenstand von mehreren Unteransprüchen. Danach wird zur Verschleißuntersuchung an Zugmitteln in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Schmiermitteln jeweils eines der Ketten- oder Reibräder von beiden Getrieben in ein Schmiermittelbad getaucht, wobei diese auch eine voneinander abweichende Zusammensetzung aufweisen können.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles und zwei schematischen Abbildungen näher erläutert werden:
Die 1 zeigt schematisch das Wirkungsprinzip von einer bereits bekannten Anordnung für Getriebeprüfungen und
die 2 schematisch die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung für Verschleißuntersuchungen an Ketten in einem Kettengetriebe.
In 1 wird in üblicher Anordnung von einem Antriebsmotor (1) eine Welle (2) mit einem darauf befestigten Kettenrad (3) angetrieben. Eine um das Kettenrad (3) umlaufende Kette (4) umschlingt auch ein auf einer Welle (5) befestigtes Kettenrad (6) und treibt es an. Über eine mit der Welle fest verbundene Bremseinrichtung (7) wird die Getriebebelastung simuliert.
Die bei dieser Anordnung vorhandene extrem schlechte Energieausnutzung soll mit der erfindungsgemäßen Prüfanordnung mit zwei parallel angeordneten Kettengetrieben (11, 11') entsprechend 2 vermieden werden. Dabei treibt ein Antriebsmotor (12) eine Antriebswelle (13) an, auf der ein Kettenrad (15) des ersten Getriebes (11) und ein gleichartiges Kettenrad (16) des zweiten Getriebes (11') befestigt sind. Die Kettenräder (15, 15') verbindet eine Kette (14) im Getriebe (11) und in gleicher Weise verbindet eine Kette (14') im Getriebe (11') Kettenräder (16, 16') miteinander, wobei wiederum das Kettenrad (15') des Getriebes (11) und das gleichartige Kettenrad (16') des Getriebes (11') auf einer zur Antriebswelle (13) parallelen Welle (17) befestigt sind. Durch die Verbindung von je zwei Kettenrädern (15, 16) und (15', 16') über eine gemeinsame Welle (13 bzw. 17) können beide Kettentriebe identisch belastet werden. Die Belastung beider Ketten (14, 14') erfolgt mittels einer die Kette (14) verspannenden Umlenkeinrichtung (18) mit Umlenkrädern (19. 19') sowie einer Spannrolle (20) in der Weise, dass über die Spannrolle eine definierte Belastungskraft F, bspw. die Gewichtskraft einer Masse, getriebewirksam werden kann. Die Belastung erzeugt in den Kettenteilen, die gerade die Kettenräder umschlingen, eine Zugbelastung, wodurch in den Wellen (13, 17) die mit den Kettenrädern (15, 15') verbunden sind, ein Drehmoment erzeugt wird. Dieses Moment wird an den anderen Wellenenden auf die Kettenräder (16, 16') des zweiten Kettengetriebes übertragen. Dadurch wird die Kette (14') des zweiten Triebes ebenfalls belastet. Durch die Verbindung von je zwei Kettenrädern über eine gemeinsame Welle sind somit beide Kettentriebe identisch belastet, aber das Gesamtsystem ist nach außen hin lastfrei. Beide Zugmittelgetriebe (11, 11') werden durch den Antriebsmotor (12), der die Drehbewegung in den Kettentrieb (11) einleitet, bewegt. Zusätzlich kann auch im Kettentrieb (11') eine dem Kettentrieb (11) identische Lastaufbringung über eine zweite Spannrolle vorgenommen werden. Dadurch reduziert sich die jeweils aufzubringende Belastungskraft auf die Hälfte der bei alleiniger Aufbringung im ersten Kettentrieb erforderlichen Belastungskraft. Die Belastungskraft kann außerdem zeitlich variabel gewählt werden, wodurch sich die Prüfbedingungen praxisrelevanten Belastungssituationen anpassen lassen. Für Verschleißuntersuchungen wird jeweils ein Kettenrad eines jeden Kettentriebes in ein gemeinsames Schmiermittelbad oder jedes einzeln für sich in ein gesondertes Bad von unterschiedlicher Schmiermittelzusammensetzung eingetaucht. Auf diese Weise kann z. B. auch eine gleichzeitige Prüfung des Verschleißverhaltens von zwei Zugmittelgetrieben bei identischen Lastparametern, aber unter der Einwirkung unterschiedlicher Schmiermittel erfolgen.
In gleicher Weise ist auch ein Arbeiten der Anordnung im Trockenlauf möglich.
Wesentlicher Vorteil der Prüfanordnung ist es, dass durch die Verspannung der beiden Kettengetriebe gegeneinander lediglich die mechanischen Reibungsverluste durch den äußeren Antrieb aufgebracht werden müssen. Die Energieaufnahme von außen lässt sich dadurch massiv reduzieren und eine äußerst wirtschaftliche Betriebsweise der gesamten Prüfanordnung erreichen, ohne dass es zu einer Einschränkung bei den Prüfaussagen kommt. Zugleich erfolgt die Verspannung der beiden Laststränge mit sehr einfachen technischen Mitteln, wobei vorteilhafterweise das durch die Permanentkraft hervorgerufene Verspannungsmoment, unabhängig vom Kettenverschleiß, über die gesamte Zugmittelprüfdauer konstant aufrechterhalten bleibt.
Der hier beschriebene Anwendungsfall kann sinngemäß auch auf alle anderen formschlüssigen Zugmittel (z. B. Zahnriemen) übertragen werden, mit gewissen Einschränkungen sogar auf kraftschlüssige Zugmittel wie z. B. profillose Flachriemen oder Keilriemen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1573455 [0004]
- DE 3424923 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Manfred Kraus, Systematische Entwicklung einer wartungsarmen Antriebskette, Dissertation TH Darmstadt, 1997, S.61ff [0004]

Claims

Prüfanordnung für die Zuverlässigkeitsanalyse bei Zugmittelgetrieben, insbesondere zur Verschleißprüfung an form- oder kraftschlüssigen Zugmitteln, mit einem ersten Getriebe (11) und einem zweiten Getriebe (11'), welche gleichartig und mechanisch miteinander gekoppelt nach dem Prinzip des geschlossenen Leistungsflusses arbeiten und durch einen Antriebsmotor (12) über eine Antriebswelle (13) angetrieben werden, wobei jeweils ein aus einer Kette, einem Zahn- oder Keilriemen bestehendes Zugmittel (14, 14') entsprechende Kettenräder, Zahn- oder Riemenscheiben des An- und Abtriebs als Getriebeelemente (15, 15') des ersten und als Getriebeelemente (16, 16') des zweiten Getriebes umschlingt, wobei die Getriebeelemente (15, 16) auf der gemeinsamen Antriebswelle (13) und die Getriebeelemente (15', 16') auf einer gemeinsamen, zur Antriebswelle parallelen Welle (17) befestigt sind und wobei das Zugmittel von wenigstens einem der beiden Getriebe zur Verspannungsregelung über eine Umlenkeinrichtung (18) mit Umlenkrädern (19, 19') und eine lageverstellbare, kraftbelastete Spannrolle (20) geführt wird.
Prüfanordnung für Zuverlässigkeitsanalysen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittelbelastung durch die auf die Spannrolle (20) einwirkende Gewichtskraft eines Massekörpers ausgeübt wird.
Prüfanordnung für Zuverlässigkeitsanalysen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebeeinheiten form- oder kraftschlüssige Zugmittelgetriebe sind.
Prüfanordnung für Zuverlässigkeitsanalysen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschleißuntersuchung je eines der Kettenräder der beiden Getriebeeinheiten (11, 11') in ein gemeinsames Schmiermittelbad getaucht wird.
Prüfanordnung für Zuverlässigkeitsanalysen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschleißuntersuchung je eines der Kettenräder der beiden Getriebeeinheiten (11, 11') in jeweils ein gesondertes Schmiermittelbad eintaucht, wobei diese eine voneinander abweichende Schmiermittelzusammensetzung aufweisen.