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Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs.
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Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen, so zum Beispiel Antriebsaggregate von Elektrofahrzeugen sowie Antriebsaggregate von Hybridfahrzeugen, verfügen zur Bereitstellung von Antriebsleistungen über elektrische Maschinen, wobei derartige elektrische Maschinen sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden können.
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Die Erprobung von Baugruppen eines Kraftfahrzeugs auf Prüfständen spielt bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen eine entscheidende Rolle. Bislang bekannte Prüfstände für Kraftfahrzeuge sind auf die Erprobung konventioneller Kraftfahrzeugbaugruppen wie Verbrennungsmotoren und Getriebe ausgelegt. Elektrische Maschinen, die in Hybridfahrzeugen sowie in Elektrofahrzeugen Teil eines Antriebsaggregats sind bzw. das Antriebsaggregat bereitstellen, können mit aus der Praxis bekannten Prüfständen nur eingeschränkt einem Test bzw. einer Überprüfung unterzogen werden.
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Es besteht daher Bedarf an einem Prüfstand für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit Hilfe dessen elektrische Maschinen realitätsnah, also angepasst an ihre Einbausituation und Belastungssituation im Kraftfahrzeug, erprobt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Prüfstand für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Prüfstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der oder jede Flansch, an welchen das Gehäuse der elektrischen Maschine anbindbar ist, auf eine definierte Soll-Temperatur einstellbar ist, und/oder eine Kühlwassertemperatur und/oder eine Kühlwasserdurchflussmenge für den Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine sind auf eine definierte Soll-Kühlwassertemperatur und/oder eine definierte Soll-Kühlwasserdurchflussmenge einstellbar. Mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand können elektrische Maschinen realitätsnah, nämlich bezogen auf ihre Einbausituation und Belastungssituation im Kraftfahrzeug, einem Test bzw. einer Erprobung unterzogen werden. Der oder jede Flansch des Prüfstands, an welchem das Gehäuse der elektrischen Maschine anbindbar ist, kann auf definierte Soll-Temperatur gebracht werden, um so zum Beispiel eine verbrennungsmotorseitige und/oder getriebeseitige Temperaturbelastung der elektrischen Maschine im Kraftfahrzeugverbund zu simulieren. Über die Einstellung der Kühlwassertemperatur und/oder Kühlwasserdurchflussmenge am Prüfstand ist ebenfalls eine realitätsnahe Erprobung bzw. ein realitätsnaher Test der elektrischen Maschine bezogen auf die Einbausituation bzw. Belastungssituation im Kraftfahrzeug möglich.
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Vorzugsweise ist dem jeweiligen Flansch, an welchen das Gehäuse der elektrischen Maschine anbindbar ist, ein Temperatursensor zugeordnet ist, der eine Ist-Temperatur des jeweiligen Flanschs erfasst und einem Steuergerät bereitstellt, wobei dem jeweiligen Flansch, an welchen das Gehäuse der elektrischen Maschine anbindbar ist, eine Heizeinrichtung zugeordnet ist, die von dem Steuergerät angesteuert ist, um die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur anzugleichen. Diese Ausprägung des Prüfstands ist zur Simulation von auf das Gehäuse der elektrischen Maschine einwirkende Temperaturbelastungen besonders vorteilhaft.
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Vorzugsweise sind dem Flansch, an welchen der Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine anbindbar ist, ein Temperatursensor und/oder ein Durchflusssensor zugeordnet, die eine Ist-Vorlauftemperatur und/oder einen Ist-Vorlaufdurchfluss des Kühlwassers erfassen und einem Steuergerät bereitstellen, wobei dem Flansch, an welchen der Kühlwasserkreislauf der elektrischen Maschine anbindbar ist, eine Temperiereinrichtung und/oder ein Ventil zugeordnet sind, die von dem Steuergerät angesteuert sind, um die Ist-Vorlauftemperatur der Soll-Vorlauftemperatur und/oder den Ist-Vorlaufdurchfluss dem Soll-Vorlaufdurchfluss anzugleichen. Diese Ausprägung des Prüfstands erlaubt eine besondere effektive Simulation der kühlwasserkreislaufseitigen Einbindung der elektrischen Maschine ins Kraftfahrzeug.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Prüfstands-Lufttemperatur auf eine definierte Soll-Lufttemperatur einstellbar ist. Vorzugsweise stellt hierzu ein Lufttemperatursensor eine Ist-Lufttemperatur einem Steuergerät bereit, wobei ein Klimagerät von dem Steuergerät angesteuert ist, um die Ist-Lufttemperatur der Soll-Lufttemperatur anzugleichen. Hiermit können zusätzlich unterschiedliche Lufttemperaturen, denen ein Kraftfahrzeug im Betrieb ausgesetzt sein kann, auf dem Prüfstand simuliert werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Soll-Temperatur und/oder die Soll-Vorlauftemperatur und/oder die Soll-Durchflussmenge und/oder die Soll-Lufttemperatur in dem Steuergerät als dynamische Größen hinterlegt. Die Vorgabe dynamischer Soll-Werte ist bevorzugt, um dynamische Lastzyklen der elektrischen Maschine simulieren zu können.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen Prüfstands für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt einen Prüfstand 10 zusammen mit einer auf dem Prüfstand 10 zu testenden elektrischen Maschine 11. Wellen 12a, 12b der elektrischen Maschine 11 sind an Flansche 13, 14 des Prüfstands 10 angebunden, um zum Beispiel im Bereich des Flanschs 13 Momente eines Verbrennungsmotors und im Bereich des Flanschs 14 Momente eines Getriebe zu simulieren.
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Die elektrische Maschine 11 verfügt weiterhin über ein Gehäuse 15, wobei das Gehäuse 15 im zeigten Ausführungsbeispiel an Flansche 16, 17 des Prüfstands 10 angebunden ist.
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Die Flansche 13, 14 dienen demnach der Anbindung rotorseitiger Wellen 12a, 12b der elektrischen Maschine 11 an den Prüfstand 10, wohingegen die Flansche 16, 17 der Anbindung des statorseitigen Gehäuses 15 der elektrischen Maschine 11 an den Prüfstand 10 dienen.
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Der Prüfstand 10 umfasst weiterhin einen Flansch 18, an welchen ein Kühlwasserkreislauf 19 der elektrischen Maschine 11 anbindbar ist, nämlich ein Vorlauf 19a und ein Rücklauf 19b des Kühlwasserkreislaufs 19 der elektrischen Maschine 11.
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Um eine realitätsnahe Erprobung der elektrischen Maschine 11 auf dem Prüfstand 10 zu ermöglichen, ist der oder jeder Flansch 16, 17, an welchen das Gehäuse 15 der elektrischen Maschine 11 im Prüfstand 10 anbindbar ist, auf eine definierte Soll-Temperatur einstellbar.
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Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich sind eine Kühlwassertemperatur und/oder eine Kühlwasserdurchflussmenge für den Kühlwasserkreislauf 19 auf eine definierte Soll-Kühlwassertemperatur und/oder eine definierte Soll-Kühlwasserdurchflussmenge einstellbar.
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Hiermit können thermische Belastungen, die im Kraftfahrzeugverbund auf thermische Schnittstellen der elektrischen Maschine 11 einwirken, sicher und einfach simuliert werden, nämlich im Bereich der Flansche 16, 17 durch Einstellung derselben auf eine definierte Soll-Temperatur, insbesondere verbrennungsmotorseitige und/oder getriebeseitige thermische Belastungen, die auf die elektrische Maschine 11 einwirken, sowie durch die Einstellung der Kühlwassertemperatur und der Kühlwasserdurchflussmenge eine kühlwasserkreislaufseitige Abfuhr thermischer Energie von der elektrischen Maschine 11.
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Gemäß 1 ist jedem der gezeigten Flansche 16, 17, an welcher das Gehäuse 15 der elektrischen Maschine 11 anbindbar ist, jeweils mindestens ein Temperatursensor 20 bzw. 21 zugeordnet, der am jeweiligen Flansch 16, 17 eine Ist-Temperatur erfasst und einem Steuergerät 22 bereitstellt. Das Steuergerät 22 vergleicht die vom jeweiligen Temperatursensor 20, 21 gemessene Ist-Temperatur oder je Flansch einen entsprechenden Mittelwert mit einem im Steuergerät 22 hinterlegten, entsprechenden Soll-Wert, nämlich einer entsprechenden Soll-Temperatur.
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Abhängig hiervon steuert das Steuergerät 22 mindestens eine dem jeweiligen Flansch 16, 17 zugeordnete Heizeinrichtung 23, 24 derart an, dass die Ist-Temperatur des jeweiligen Flanschs 16, 17 der entsprechenden Soll-Temperatur angeglichen wird. Hiermit können auf das Gehäuse 15 der elektrischen Maschine 11 einwirkende, aus dem Kraftfahrzeugverbund stammende Temperaturbelastungen auf dem Prüfstand 10 sicher und zuverlässig simuliert werden.
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Vorzugsweise ist dem Flansch 18, welcher der Anbindung des Kühlwasserkreislaufs 19 der elektrischen Maschine 11 an den Prüfstand dient, ein Temperatursensor 25 und ein Durchflusssensor 26 zugeordnet. Der Temperatursensor 25 misst eine Ist-Vorlauftemperatur und der Durchflusssensor 26 einen Ist-Vorlaufdurchfluss im Bereich des Vorlaufs 19a des Kühlwasserkreislaufs 19 und stellt die jeweiligen Ist-Werte wiederum dem Steuergerät 22 des Prüfstands 10 bereit, wobei das Steuergerät 22 die jeweiligen Ist-Werte mit entsprechenden Soll-Werten vergleicht.
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Abhängig vom jeweiligen Vergleich zwischen dem jeweiligen Ist-Wert und dem jeweiligen Soll-Wert erzeugt das Steuergerät 22 wiederum Stellsignale, nämlich abhängig vom Vergleich zwischen der Ist-Vorlauftemperatur und der entsprechenden Soll-Vorlauftemperatur ein Stellsignal für eine Temperiereinrichtung 27 und abhängig vom Vergleich zwischen dem Ist-Vorlaufdurchfluss und dem Soll-Vorlaufdurchfluss ein Stellsignal für ein Ventil 28, sodass für den Kühlwasserkreislauf 19 die Ist-Vorlauftemperatur der Soll-Vorlauftemperatur und der Ist-Vorlaufdurchfluss dem Soll-Vorlaufdurchfluss angeglichen wird.
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Die Temperiereinrichtung 27 und das Ventil 28 sind dabei vorzugsweise Bestandteil des Flanschs 18 des Prüfstands 10, welcher der Anbindung des Kühlwasserkreislaufs 19 der elektrischen Maschine 11 an den Prüfstand 10 dient.
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Über die mit den Flanschen 16, 17 zusammenwirkenden Temperatursensoren 20, 21 und die Heizeinrichtungen 23, 24 können demnach auf das Gehäuse 15 der elektrischen Maschine 11 einwirkende thermische Belastungen simuliert werden.
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Über die mit dem Flansch 18 zusammenwirkenden Sensoren, nämlich den Temperatursensor 25 und den Durchflusssensor 26, sowie die Temperiereinrichtung 27 und das Ventil 28, kann eine Abfuhr thermischer Energie von der elektrischen Maschine 11 über den Kühlwasserkreislauf 19 simuliert werden.
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Entsprechende Soll-Werte für den Test der elektrischen Maschine 11 auf dem Prüfstand 10, nämlich die Soll-Temperatur für die Flansche 16, 17, die Soll-Vorlauftemperatur und der Soll-Vorlaufdurchfluss für das Kühlwassersystem 19 der elektrischen Maschine 11, können im Steuergerät 22 als statische Größen hinterlegt sein, bevorzugt sind dieselben jedoch als dynamische Größen im Steuergerät 22 hinterlegt, um Belastungszyklen der elektrischen Maschine 11, wie sie im realen Kraftfahrzeugbetrieb auftreten können, simulieren zu können. Ein derartiger Belastungszyklus kann zum Beispiel darin bestehen, dass ein Kaltstart eines Kraftfahrzeugs mit nachfolgender Fahrt in einem Stadtverkehr oder Autobahnverkehr simuliert wird, nämlich über im Stadtverkehr bzw. Autobahnverkehr sowie beim Kaltstart auftretende, thermische Randbedingungen am Gehäuse 15 der elektrischen Maschine 11 sowie am Kühlwasserkreislauf 19.
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Zusätzlich zur Kühlwassertemperatur sowie zur Kühlwasserdurchflussmenge können im Bereich des Flanschs 18 weitere Parameter des Kühlwasserkreislaufs 19 simuliert werden, so zum Beispiel eine Kühlmittelzusammensetzung aus Wasser und Glykol. So kann im Bereich des Flansches 18 ein Mischventil vorhanden sein, um die Zusammensetzung des Kühlmittels aus Wasser und Glykol dynamisch zu verändern.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auch eine Prüfstands-Lufttemperatur am Prüfstand 10, die einer Betriebs-Umgebungslufttemperatur des Kraftfahrzeugs entspricht, simuliert wird. Hierzu umfasst der Prüfstand 10 gemäß 1 einen Lufttemperatursensor 29, der eine Ist-Lufttemperatur am Prüfstand 10 erfasst und dem Steuergerät 22 bereitstellt, wobei das Steuergerät 22 abhängig vom Vergleich zwischen der Ist-Lufttemperatur und einer im Steuergerät 22 hinterlegten Soll-Lufttemperatur ein Klimagerät 30 des Prüfstands 10 ansteuert, um die Ist-Lufttemperatur der Soll-Lufttemperatur anzugleichen. Zusätzlich kann ggf. eine Ist-Luftfeuchtigkeit erfasst und gesteuert über das Steuergerät 22 und über das Klimagerät 30 einer Soll-Luftfeuchtigkeit angepasst werden. Vorzugsweise ist auch die Soll-Lufttemperatur und ggf. Soll-Luftfeuchtigkeit im Steuergerät 22 als dynamische Größe hinterlegt, um eine besonders realitätsnahe Prüfung der elektrischen Maschine 11 auf den Prüfstand 10 zu ermöglichen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand können elektrische Maschinen, die in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen Bestandteil eines Antriebsaggregats des entsprechenden Kraftfahrzeugs sind, realitätsnah unter definierten thermischen Radbedingungen getestet werden.
