DE102009025049B3

DE102009025049B3 - Prüfstand

Info

Publication number: DE102009025049B3
Application number: DE200910025049
Authority: DE
Inventors: Tobias Roser
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: WO2010142259A2; WO2010142259A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausübung einer Belastung auf mindestens einen Testkörper und/oder zur Ermittlung von Aussagen bzgl. der Lebensdauer des Testkörpers, mit mindestens einer Antriebseinheit, welche den Testkörper um eine Längsachse dreht, wobei die Antriebseinheit mindestens einen elektrischen Drehmotor aufweist, mit mindestens einer Kupplung, und mit mindestens einer Steuereinheit, welche mindestens die Antriebseinheit steuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausübung einer Belastung auf einen Testkörper und/oder zur Ermittlung von Aussagen bzgl. der Lebensdauer des Testkörpers gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Eine solche Vorrichtung wird allgemein auch als Prüfstand bezeichnet.
Im Stand der Technik sind Prüfstände bekannt, welche dazu dienen, bei Bauteilen deren Verhalten unter Belastung zu testen, d. h. es werden beispielsweise Lebensdauern ermittelt. Insbesondere bei mechanischen Bauteilen werden oft sog. Lastwechsel vorgenommen, weshalb die passende Testvorrichtung, welche das Bauteil den allgemein zu erwartenden Kräften und Momenten aussetzt, auch als Lastwechselprüfstand bezeichnet wird.
Für das Prüfen von mechanischen Bauteilen werden beispielsweise Hydraulikmotoren verwendet. Diese sind jedoch mit einem erhöhten Geräuschpegel, mit einer Unsicherheit, allgemein mit einer Verschmutzung des Arbeitsumfeldes und mit hohen Kosten verbunden. Einen gattungsgemäßen Prüfstand mit einem elektrischen Drehmotor, welcher den Testkörper um eine Längsachse dreht, einer Kupplung zwischen dem Drehmotor und einer Einspannvorrichtung und einer Steuereinheit offenbart das Dokument WO 2009/027 097 A2 . In der Offenlegungsschrift DE 43 28 537 A1 findet sich ein weiterer Prüfstand, bei welchem der Testkörper für realistische Messungen gekühlt bzw. erwärmt werden kann.
Weiterhin sind im Stand der Technik bekannte Prüfstände zumeist schwingungsempfindlich, d. h. es bilden sich ggf. Resonanzen, welche die Messungen stören. In der Offenlegungsschrift DE 39 19 450 A1 wird ein Prüfstand zur Messung von Kräften bzw. Momenten an sich drehenden Rotoren beschrieben. Um unerwünschte Schwingungen zu dämpfen, wird ein Maschinenbett für den Prüfstand verwendet, welches aus einem Polymerbeton besteht.
Im Stand der Technik werden keine Vorkehrungen getroffen, um die Lebensdauer des verwendeten Elektromotors zu erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Prüfstand vorzuschlagen, welcher mindestens den letztgenannten Nachteil des Standes der Technik vermeidet.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs.
In der Erfindung wird somit ein Elektromotor verwendet, welcher leiser, kostengünstiger, sauberer und zuverlässiger als ein Hydraulikmotor ist. Der erfindungsgemäße Prüfstand gibt somit Ergebnisse bzgl. der Lebensdauer der gemessenen Testkörper. Das Vollziehen der vorgegebenen Anzahl an Umdrehungen dient beispielsweise dazu, dass die Lager des Drehmotors eine ausreichende Schmierung erhalten. Dies begegnet somit der Problematik, dass die Lastwechsel, d. h. die alternierenden Drehungen in unterschiedliche Richtungen eine erforderliche Schmierung in einem Elektromotor verhindern. Somit kann ein gewöhnlicher Elektromotor nach dem Stand der Technik verwendet werden. Beim Drehen in der Entlastungsphase um einen vorgebbaren Winkel dreht sich der Drehmotor somit ein Stück weiter oder zurück. Vorzugsweise ergibt sich damit ein neuer Nullpunkt, von dem ausgehend die nächste Messphase erfolgt, d. h. die nächste Abfolge von Lastwechseln.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebseinheit den Testkörper um einen vorgebbaren Winkel um die Längsachse dreht. Vorzüglich wird die Richtung der Drehung gewechselt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Antriebseinheit den Testkörper mit einem vorgebbaren Drehmoment um die Längsachse dreht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Testkörper zwischen der Antriebseinheit und einem Fixierelement angeordnet ist. Das Fixierelement ist in einer Ausgestaltung im Wesentlichen gleich einer starren Wand ausgestaltet. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Testkörper starr, d. h. insbesondere nicht drehbar mit dem Fixierelement verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Testkörper drehbar fixiert.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Kupplung zwischen der Antriebseinheit und dem Testkörper angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung zwischen dem Testkörper und dem Fixierelement angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass die Antriebseinheit den Testkörper innerhalb einer Messphase eine vorgegebenen Anzahl mal um einen vorgegebenen ersten Winkel und anschließend um einen vorgegebenen zweiten Winkel um die Längsachse dreht. Dies wird auch als Lastwechsel bezeichnet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass die Antriebseinheit den Testkörper innerhalb einer Messphase eine vorgegebenen Anzahl mal um den ersten Winkel in einer Drehrichtung und anschließend um den zweiten Winkel in die entgegengesetzte Drehrichtung um die Längsachse dreht.
Die Antriebseinheit erlaubt dabei vorzugsweise eine offene Steuerung und ist vorzugsweise auch frei programmierbar.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass die Antriebseinheit den Testkörper innerhalb einer Messphase eine vorgegebenen Anzahl mal mit einem vorgegebenen ersten Drehmoment und anschließend mit einem vorgegebenen zweiten Drehmoment um die Längsachse dreht. Dies ist somit eine alternative Variante eines Lastwechsels. In einer weiteren Ausgestaltung werden die Vorgabe von Winkeln und Drehmomenten miteinander kombiniert.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment einander entgegengerichtet sind.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass der Testkörper eine Orientierung relativ zur Längsachse einnimmt, wobei die Antriebseinheit den Testkörper während der Messphase relativ zu der Orientierung dreht. Vorzugsweise werden jeweils unterschiedliche Orientierungen in den einzelnen Messphasen verwendet. Die Orientierung gibt somit beispielsweise die Nullgrad-Position vor.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Steuereinheit die Orientierung zufallsbedingt vorgibt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass der Drehmotor eine Orientierung relativ zur Längsachse einnimmt, wobei der Drehmotor während der Messphase Drehungen relativ zu der Orientierung ausführt. In dieser Ausgestaltung erhält somit der Drehmotor jeweils eine andere Nullposition, von der ausgehend er die Drehungen erzeugt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist, welcher zumindest eine Temperatur misst. Beispielweise wird die Temperatur des Testkörpers ermittelt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Temperaturregulierungseinheit vorgesehen ist, welche heizt und/oder abkühlt. Die Vorrichtung oder Teile davon werden somit beispielsweise auf vorgebbare Temperaturen gebracht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass mindestens eine Lagereinheit für den Testkörper vorgesehen ist, und dass mindestens die Antriebseinheit und/oder die Lagereinheit und/oder die Kupplung auf mindestens einer schwingungsdämpfenden Einheit angeordnet sind/ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die schwingungsdämpfende Einheit mindestens einen Polymerbeton aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Polymerbeton mindestens ein Harz und einen Beton aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Polymerbeton mindestens Epoxydharz aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Polymerbeton bis zu 10%, vorzugsweise bis zu 9% Epoxydharz aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Polymerbeton mindestens Quarzsand aufweist.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, und
2: einen Schnitt einer Skizze einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung.
Die 1 zeigt die Antriebseinheit 1, in welcher sich ein elektrischer Drehmotor 9 befindet. Der Drehmotor 9, bei welchem es sich in einer Ausgestaltung insbesondere um einen Torque-Motor handelt, ist mit einem Testkörper 10 verbunden und insbesondere mechanisch gekoppelt. Bei dem Testkörper 10 handelt es sich beispielsweise um einen Antriebsstrang, um ein Getriebe, um eine Welle mit einem Gelenk oder um eine Achszentralverschraubung. Der Drehmotor 9 dreht den Testkörper 10 um eine Längsachse 5 beispielsweise abwechselnd in unterschiedliche Richtungen mit unterschiedlichen Winkeln oder unterschiedlichen Drehmomenten. Der Testkörper 10 ruht dabei auf einer Lagereinheit 6 und ist über eine Kupplung 2 mit einem Fixierelement 4 verbunden. Das Fixierelement 4 und die geschlossene Kupplung 2 dienen dabei in einer Ausgestaltung als drehfeste Fixierung des Testkörpers 10, d. h. der Testkörper 10 kann die Drehungen nicht übertragen, sondern erfährt sie selbst vollständig. Gleichzeitig wird in dieser Ausgestaltung die Temperatur an einer Stelle des Testkörpers 10 gemessen. Die mechanisch aktiven Teile der Vorrichtung ruhen hier auf einer schwingungsdämpfenden Einheit 7, welche vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Polymerbeton besteht.
Die Steuereinheit 3 ist hier mit der Antriebseinheit 1, mit dem Temperatursensor 8 und der Kupplung 2 verbunden. Während einer Messphase bzw. während einer Reihe von Lastwechseln dreht der Drehmotor 9 den Testkörper 10 abwechselnd in unterschiedliche Richtungen um die Längsachse 5. Da ein elektrischer Drehmotor 9 verwendet wird, ist das wiederholte Drehen um kleinere Winkel, z. B. +/–15° nicht förderlich für die Bauteile des Motors 9. Daher öffnet die Steuereinheit 3 nach einer Messphase die Kupplung 2 und lässt die Antriebseinheit 1 somit frei drehen. Zum einen lassen sich mehrere vollständige Umläufe absolvieren oder bzw. in Ergänzung wird für die nächste Messphase eine andere Nulllage eingenommen, d. h. der Motor 9 oder der Testkörper 10 wird soweit gedreht, dass die relativen Drehungen bezogen auf einen anderen Winkelabschnitt erfolgen. Es wird somit beispielsweise für jede Messphase ein neuer Startpunkt oder Startwinkel gewählt. Dies kann nach einem festen Algorithmus oder durch zufällige Vorgabe erfolgen.
Die Kupplung 2 kann dabei zwischen der Antriebseinheit 1 und dem Testkörper 10 oder zwischen dem Testkörper 10 und dem Fixierelement 4 angeordnet sein.
Die 2 zeigt einen seitlichen Schnitt durch einen Prüfstand. Der elektrische Drehmotor 9 ist hier über einen Drehmomentenmessflansch 11 und eine zweite Kupplung 11 mit einer Welle mit einem mittleren Gelenk als Testkörper 10 verbunden. Die zweite Kupplung 12 dient dabei dem Ausgleich von radialen, axialen oder winkligen Versätzen. In dieser Ausgestaltung ist der Tisch, auf welchem die Vorrichtungsgegenstände ruhen, als schwingungsdämpfende Einheit 7 ausgestaltet. Die Lagereinheit 6 besteht hier aus zwei Traversen, die beispielsweise insbesondere der Abstützung von langen Testkörpern 10 dienen oder in welche auch zusätzliche Messgeräte integriert werden können.

Claims

Vorrichtung zur Ausübung einer Belastung auf mindestens einen Testkörper und/oder zur Ermittlung von Aussagen bzgl. der Lebensdauer des Testkörpers, mit mindestens einer Antriebseinheit, welche den Testkörper um eine Längsachse dreht, wobei die Antriebseinheit mindestens einen elektrischen Drehmotor aufweist, mit mindestens einer Kupplung, und mit mindestens einer Steuereinheit, welche mindestens die Antriebseinheit steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Kupplung nach einer vorgegebenen Anzahl von Messphasen öffnet, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass der Drehmotor in der Entlastungsphase eine vorgebbare Anzahl an Umdrehungen und/oder eine Drehung um einen vorgebbaren Winkel vollzieht, und dass die Steuereinheit die Kupplung nach der Entlastungsphase schließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass die Antriebseinheit den Testkörper innerhalb einer Messphase eine vorgegebene Anzahl mal um einen vorgegebenen ersten Winkel und anschließend um einen vorgegebenen zweiten Winkel um die Längsachse dreht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Antriebseinheit derartig steuert, dass die Antriebseinheit den Testkörper innerhalb einer Messphase eine vorgegebene Anzahl mal mit einem vorgegebenen ersten Drehmoment und anschließend mit einem vorgegebenen zweiten Drehmoment um die Längsachse dreht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagereinheit für den Testkörper vorgesehen ist, und dass mindestens die Antriebseinheit und/oder die Lagereinheit und/oder die Kupplung auf mindestens einer schwingungsdämpfenden Einheit angeordnet sind/ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Einheit mindestens einen Polymerbeton aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbeton mindestens ein Harz und einen Beton aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbeton mindestens Epoxydharz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbeton bis zu 10%, oder bis zu 9% Epoxydharz aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbeton mindestens Quarzsand aufweist.