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Einrichtung zum Prüfen von Getrieben Es ist ein Verfahren zum Prüfen
von Getrieben bekannt, bei dem die zum Antrieb bzw. zur Belastung des Getriebes
erforderliche Energie dem Netz entnommen wird und wieder über einen entsprechend
ausgelegten Maschinensatz, beispielsweise über einen Leonardsatz oder über einen
Drehstrom-Asynchrongenerator, der dem zu prüfenden Getriebe nachgeschaltet ist,
in das Netz zurückgespeist wird.
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Wenn man von den durch den Wirkungsgrad des zu prüfenden Getriebes
bzw. der Prüfeinrichtung bedingten Verlusten absieht, erfolgt die Prüfung der Getriebe
hierbei praktisch verlustlos. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt jedoch darin,
daß sowohl die Energieleistungen als auch die einzelnen Aggregate, wie Antriebsmotor,
der Leonardsatz und die Schaltgeräte, für die volle Nennleistung des zu prüfenden
Getriebes ausgelegt sein müssen und die Abtriebsdrehzahl dieses Getriebes bei Verwendung
eines Drehstrom-Asynchrongeneratores durch ein zweites, stufenlos regelbares Getriebe
wieder auf die Betriebsdrehzahl des Generators gebracht werden muß.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren, bei welchem dem Netz nur die
den Verlusten entsprechende Energiemenge entnommen wird, sind beispielsweise zwei
gleiche Getriebe gegeneinander durch Kuppeln der Antriebs- und der Abtriebsseiten
unter Zwischenschaltung eines federnden Elementes, beispielsweise einer Torsionswelle,
verspannt. Durch das Verspannen lassen sich Kräfte in die einzelnen Getriebeelemente
einleiten, deren Größe beispielsweise den beim Erreichen der Getriebenennleistung
auftretenden Kräften entspricht. Zur betriebsmäßigen Belastung der beiden Getriebe
ist jetzt nur noch ein kleines, das Reibungsmoment übersteigendes Antriebsdrehmoment
erforderlich, welches zur Erzeugung einer Drehbewegung in die miteinander gekuppelten
Getriebe eingeleitet wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß zwei
gleiche Getriebe vorhanden sein müssen oder daß zumindest das Übersetzungsverhältnis
der beiden miteinander gekuppelten Getriebe genau gleich oder die Typengröße des
Hilfsgetriebes gleich oder größer als die des zu prüfenden Getriebes ist. Außerdem
sind Laständerungen während des Betriebes und dynamische Untersuchungen nicht möglich.
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Es ist jedoch bereits ein Prüfstand für Zahnradgetriebe mit einer
durch Drehverspannung wirkenden Belastungsvorrichtung bekanntgeworden, bei dem die
Belastungsänderung mittels eines axial verschiebbaren Gliedes vorgenommen wird.
Dabei wird das axial verschiebbare Glied durch eine auf einen bestimmten Wert konstant
gehaltene Kraft, beispielsweise mit Hilfe eines Gewichtes, oder einen konstanten,
fein einstellbaren Flüssigkeitsdruck betätigt.
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Schließlich ist bereits eine Einrichtung zum Prüfen von zwei auf
ihren Antriebs- und Abtriebsseiten miteinander verbundenen Getrieben bekanntgeworden,
bei der in die Verbindung ein unter der Einwirkung eines äußeren einstellbaren Drehmomentes
stehendes D ifferentialgetriebe eingeschaltet ist und der so. gebildete Kreislauf
von einem Elektromotor angetrieben wird. Weder mit der vorgenannten noch mit der
letztgenannten Einrichtung, bei der ein Gewicht, welches über einen Hebelarm auf
das Differentialgetriebe einwirkt und dadurch ein äußeres Drehmoment erzeugt, lassen
sich dynamische Getriebeuntersuchungen vornehmen.
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Ziel der Erfindung ist es, die der letztgenannten Einrichtung anhaftenden
Nachteile durch eine besondere Anordnung zu beseitigen und das Prinzip der gegenseitigen
Verspannung zweier miteinander gekuppelter Getriebe derart anzuwenden, daß neben
der Freizügigkeit der Übersetzungsverhältnisse der beiden Getriebe auch eine einfache,
sowohl kontinuierliche als auch stoßartige Belastungseinstellung während des Betriebes
bei laufender Anzeige des eingestellten Drehmomentes erreicht wird.
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Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einer Einrichtung zum Prüfen
von Getrieben aus, bei der zwei Getriebe auf ihren Antriebs- und Abtriebsseiten
miteinander verbunden sind, wobei in die Verbindung ein unter der Einwirkung eines
äußeren, einstellbaren Drehmomentes stehendes Differentialgetriebe eingeschaltet
ist und der so gebildete Kreislauf von einem Elektromotor angetrieben wird, und
kennzeichnet sich durch einen auf das Differentialgetriebe einwirkenden und es mit
einem äußeren Drehmoment überlagernden Leonardsatz oder einer gleichartigen Steueranordnung.
Das Feld der auf das Differentialgetriebe einwirkenden Gleichstrommaschine des Leonardsatzes
wird
aus einer Steuereinrichtung gespeist, die eine Konstanthaltung des Feldstromes gestattet
und gleich zeitig die strom- und drehzahlabhängigen Verluste ausgleicht, um ein
konstantes Drehmoment zu erzielen.
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Da die mit ihrem Antriebsritzel in dem Außenzahnkranz des Differentialgehäuses
kämmende Gleichstrommaschine fremderregt und durch einen einstellbaren Stromkonstanthalter
mit einem in seiner Größe gleichbleibenden Feldstrom betrieben wird, ist ihr Drehmoment
dem von der zweiten Gleichstrommaschine gelieferten Ankerstrom etwa proportional.
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Der in dem Ankerstromkreis liegende Strommesser zeigt somit, wenn
er entsprechend geeicht ist, die Größe des in die beiden zu prüfenden Getriebe eingeleiteten
Drehmomentes an. Eine stufenlose Regelung des Ankerstromes und damit des in den
beiden miteinander gekuppelten Getrieben wirksamen Drehmomentes läßt sich bequem
beispielsweise durch einen Schiebewiderstand erreichen, durch den der Feldstrom
der den Ankerstrom erzeugenden Gleichstrommaschine in der gewünschten Stärke eingestellt
werden kann.
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Die auf das Gehäuse des Differentialgetriebes durch ihr Drehmoment
einwirkende Gleichstrommaschine führt, sofern die Übersetzungen in dem Differential
gleich sind, keine Drehbewegung aus, da die beiden durch das Drehmoment gegeneinander
verspannten Getriebe eine solche Drehung verhindern. Bei unterschiedlichen Übersetzungen
der beiden miteinander gekuppelten Getriebe wird die Gleichstrommaschine dagegen
durch die Ausgleichbewegung des Differentialgehäuses in dem einen oder anderen Drehsinn
angetrieben. Die Drehzahl des Gehäuses, die in ihrer Höhe von dem Unterschied der
Übersetzungsverhältnisse der beiden miteinander gekuppelten Getriebe abhängt, wird
durch das im Verhältnis zu dem Außenzahnkranz kleine Ritzel der Gleichstrommaschine
ins Schnelle übersetzt und der Anker der Gleichstrommaschine bei entsprechendem
Drehsinn mit dieser Drehzahl angetrieben. Die Gleichstrommaschine arbeitet dann
als Generator und treibt die zweite Gleichstrommaschine und den mit dieser gekuppelten
Drehstrommotor an, der den aus der Drehzahldifferenz der beiden miteinander gekuppelten
Getriebe herrührenden Leistungsbetrag wieder in das Netz zurückspeist. Läuft das
Differentialgehäuse dagegen im Umlaufsinn der mit ihr getrieblich verbundenen Gleichstrommaschine
um, so wirkt das von dieser Gleichstrommaschine in das Differentialgetriebe eingeleitete
Drehmoment auf den zum Antrieb der beiden Getriebe dienenden Drehstrommotor ein
und treibt diesen mit übersynchroner Drehzahl an, so daß auch in diesem Fall der
aus der Drehzahldifferenz herrührende Leistungsbetrag wieder in das Netz zurückgespeist
wird.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Leonardsatz auf ein
als Rädergetriebe ausgebildetes oder aus elektrischen bzw. hydraulischen Antriebselementen
bestehendes Differentialgetriebe einwirken.
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Dabei empfiehlt es sich, zur Erzielung einer ständigen Gehäusedrehung
des Differentialgetriebes den über setzungen des als Rädergetriebe ausgebildeten
Differentials eine unterschiedliche Größe zu geben. Diese unterschiedliche Bemessung
der Übersetzungsverhältnisse soll verhindern, daß der Ankerstrom über den bei gleichen
Übersetzungsverhältnissen der beiden miteinander gekuppelten Getriebe stehenden
Kollektor der Gleichstrommaschine fließt. Die durch die Übersetzungsunterschiede
zustande kommende Ausgleichbewegung des Differentialgehäuses braucht nur klein zu
sein
und eine etwa 2 bis 5 °/o der Nenndrehzahl betragende Drehung des Kollektors
der Gleichstrommaschine zuzulassen. Die Kühlung der Gleichstrommaschine erfolgt
in diesem Fall durch Fremdbelüftung.
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In den Zeichnungen sind drei verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 ein Schaltschema, in dem das die beiden Getriebe verbindende
Differentialgetriebe als Rädergetriebe ausgebildet ist, Fig. 2 ein Schaltschema,
in dem ein elektrisches Differential die beiden Getriebe miteinander verbindet,
Fig. 3 ein Schaltschema, in dem ein hydraulisches Differential die beiden Getriebe
miteinander verbindet.
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Das zu prüfende Getriebe 1 ist mit einem zweiten, gleichen Getriebe
oder einem etwa gleich großen Hilfsgetriebe 2 durch die Zwischenwelle 3, die die
beiden Abtriebsseiten dieser Getriebe miteinander verbindet, starr gekuppelt. Bei
der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform stehen die Antriebs seiten der beiden
Getriebe 1, 2 durch ein als Kegelrad- bzw.
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Stirnradausgleichgetriebe ausgebildetes Differentialgetriebe 4 über
die Kegelradpaare 5, 6 bzw. 7, 8 sowie die Wellen 9, 10 miteinander derart in Verbindung,
daß dem Drehsinn der Welle 9 immer ein bestimmter Drehsinn der Welle 10 zugeordnet
ist. Da nun je nach Aufbau des Getriebes 1 bzw. der Getriebe 1 und 2 sich der Umlaufsinn
der Welle 10 ändert, läßt sich durch Verschieben der beiden auf einer gemeinsamen
Büchse angeordneten Kegelräder 5 der Drehsinn des Kegelrades 6 in der erforderlichen
Weise beeinflussen.
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Treibt der mit dem Netz 11 verbundene Drehstrommotor 12 die Welle
9 und damit den ganzen Getriebekreis an, so beteiligt sich das Gehäuse des Differentialgetriebes
4, wenn die Wellen 9, 10 gleiche Drehzahlen haben, also die Übersetzungsverhältnisse
der Getriebe 1, 2 gleich sind, nicht an der Drehbewegung.
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Die beiden Getriebe 1, 2 laufen somit unbelastet um, und es wird dem
Netz 11 nur der den Verlusten entsprechende Leistungsbetrag entnommen. Durch die
Gleichstrommaschine 13 eines Leonardsatzes, die mit dem Ritzel 14 ihres Abtriebswellenstumpfes
in einen Außenzahnkranz 15 des Differentialgehäuses eingreift, wird auf das Differentialgehäuse
ein Drehmoment übertragen, welches die beiden umlaufenden Getriebe 1, 2 gegeneinander
verspannt und damit belastet. Die Größe dieser Belastung ist, da die Gleichstrommaschine
13 fremderregt wird und der Feldstrom durch den selbsttätig einstellbaren, die strom-und
drehzahlabhängigen Verluste ausgleichenden Stromkonstanthalter 16 erzeugt wird,
im wesentlichen von der Stärke des Ankerstromes abhängig, der von der zweiten, mit
einem Drehstrommotor 21 gekuppelten Gleichstrommaschine 17 des Leonardsatzes geliefert
wird. Die Stärke des Ankerstromes stellt somit ein Maß für das auf die beiden Getriebel,
2 ausgeübte Drehmoment dar und wird durch einen den Feldstrom der Gleichstrommaschine
17 regelnden Schiebewiderstand 18 stufenlos eingestellt und an dem in dem Ankerstromkreis
19 liegenden Strommesser 20 abgelesen. Durch entsprechendes Eichen des Strommessers
20 liefert dieser auch unmittelbar die Werte für die in die beiden Getriebe 1, 2
eingeleiteten Drehmomente.
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Haben die beiden Getriebe 1, 2 unterschiedliche Ubersetzungsverhältnisse,
so läuft das Differentialgehäuse in dem einen oder anderen Drehsinn um und gleicht
die Drehzahlunterschiede der beiden Kegelräder 6, 8 aus. Liegt der Drehsinn des
Differentialgehäuses im Drehsinn des Ritzels 14, so wirkt das
Drehmoment
der Gleichstrommaschine 13 über das Differentialgetriebe 4 auch auf den Drehstrommotor
12 ein und treibt diesen mit einer übersynchronen Drehzahl an. In diesem Fall wird
die von der Gleichstrommaschine 13 in den Getriebekreis eingeleitete Energie, soweit
sie nicht durch die Verluste aufgezehrt wird, durch den jetzt als Generator arbeitenden
Drehstrommotor 12 zurück in das Netz 11 gespeist.
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Wird dagegen das Ritzel 14 durch das sich drehende Differentialgehäuse
im Gegendrehsinn angetrieben, so arbeitet die Gleichstrommaschine 13 als Generator
und beliefert die Gleichstrommaschine 17 mit dem zu ihrem Betrieb erforderlichen
Ankerstrom. Der in diesem Fall von der Gleichstrommaschine 17 mit iibersynchroner
Drehzahl angetriebene Drehstrommotor 21 speist dann den durch die Verluste nicht
verbrauchten Anteil der von dem Drehstrommotor 12 in den Getriebekreislauf eingeleiteten
Energie in das Netz 11 zurück.
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In jedem Falle ist jedoch zur vollen betriebsmäßigen Belastung der
Getriebe 1, 2 nicht mehr als die durch die Verluste bedingte Leistung erforderlich.
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Um bei der Verwendung zweier gleicher Getriebe 1, 2 das Fließen des
Ankerstromes über den stehenden Kollektor der Gleichstrommaschine 13 zu verhindern,
ist es zweckmäßig, die Ubersetzungsverhältnisse innerhalb des Differentialgetriebes
4 unterschiedlich groß auszubilden. Das Differentialgehäuse läuft in diesem Fall
auch bei gleichen Übersetzungsverhältnissen der beiden Getriebe 1 und 2 mit niedriger
Drehzahl um und belastet dadurch den ganzen Kollektor gleichmäßig.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) sind die
beiden Antriebsseiten der Getriebe 1, 2 durch ein elektrisches Differential miteinander
verbunden. Hierbei besteht das Differential aus einem normalen Synchrongenerator
23, dessen Pol rad von dem Drehstrommotor 12 iiber das Kegel radpaar 5, 6 angetrieben
wird. Die von diesem Generator 23 erzeugte Spannung R'S'T hat die Frequenz f =c
ng, wobei n9 der Drehzahl der Welle 9 entspricht, da die Kegelräder 5 und 6 gleich
groß sind. Diese Spannung wird über die Schleifringe 24 dem umlaufenden Ständer
eines Drehstrommotors 25 zugeführt; der Ständer ist mit der Welle 10 verbunden und
läuft mit der Wellendrehzahl fl,0 um. Besitzen beide Getriebe 1 und 2 gleiche Übersetzungsverhältnisse,
so haben die Wellen 9 und 10 gleiche Drehzahlen. Die Drehzahl des in der Ständerwicklung
des Drehstrommotors 25 umlaufenden Drehfeldes f=c-ng ist somit gleich der Ständerdrehzahl,
so daß, wenn Drehfeld und Ständer in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufen,
das Drehfeld gegenüber dem beispielsweise ruhenden Läufer des Drehstrommotors 25
steht. Es werden daher von den Läuferstäben keine Kraftlinien geschnitten und auf
den Läufer auch kein Drehmoment ausgeübt. Wird der Läufer jetzt durch die mit ihm
gekuppelte Gleichstrommaschine 13 in Drehung versetzt, so wird der Läufer durch
das Drehfeld induziert und dadurch die beiden Getriebe 1, 2 gegeneinander verspannt.
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Sind die Übersetzungsverhältnisse der beiden zu prüfenden Getriebe
1, 2 verschieden groß, so bewegt sich das Drehfeld des Ständers gegenüber dem stillstehenden
Läufer des Drehstrommotors 25 mit der Differenz der beiden Drehzahlen n9-n10, und
zwar je nach Größe dieser beiden Drehzahlen mit positivem oder negativem Drehsinn.
Der von dem Drehfeld mitgeschleppte Läufe des Drehstrommotors 25 treibt somit die
Gleichstrommaschine 13 an, die als Generator
arbeitend über die Gleichstrommaschine
17 und den Drehstrommotor 21 diese Antriebsenergie in das Netz 11 zurückgespeist
und durch Regelung des Ankerstroms die beiden Getriebe 1, 2 in der gewünschten Höhe
belastet.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. 3) sind die
beiden Antriebsseiten der Getriebe 1, 2 durch ein hydraulisches Differential miteinander
verbunden. Dieses besteht aus den drei Flüssigkeitspumpen 26, 27, 28, von denen
die Pumpen 26 und 27 in einem gemeinsamen, aus den Leitungen 29 und 30 bestehenden
Flüssigkeitskreislauf liegen und entweder mit der Welle 9 oder mit der Welle 10
getrieblich verbunden sind. Die von dem Drehstrommotor 12 in die beiden Getriebe
1, 2 eingeleitete Drehbewegung teilt sich iiber die Kegelradpaare 5, 6 bzw. 7, 8
auch den beiden Pumpen 26 und 27 mit und wälzt den von diesen Pumpen bewegten Flüssigkeitsstrom
in dem durch die Leitungen 29, 30 gebildeten Kreislauf um.
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Bei gleichem Übersetzungsverhältnis der beiden Getriebe 1, 2 laufen
die Wellen 9 und 10 mit gleichen Drehzahlen um, und das von der Pumpe 26 gelieferte
Flüssigkeitsvolumen wird von der Pumpe 27 aufgenommen, und umgekehrt. Ein Ausgleich
über die Leitungen 31, 32 der den beiden Pumpen 26, 27 parallel geschalteten Flüssigkeitspumpe
28 erfolgt in diesem Fall nicht, da auf Grund der gleichen Drehzahlen die Liefermengen
beider Pumpen 26, 27 gleich sind.
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Wird jetzt die mit der Gleichstrommaschine 13 direkt gekuppelte Flüssigkeitspumpe
28 angetrieben, so entsteht bei entsprechendem Pumpendrehsinn beispielsweise in
dem Leitungszweig 30, 32 ein Überdruck, der auf den Lauf der Pumpe 26 verzögernd,
auf den Lauf der Pumpe 27 jedoch beschleunigend einwirkt und dadurch die beiden
umlaufenden Getriebe 1, 2 gegeneinander verspannt. Die Förderleistung der Pumpe
28 ist in diesem Betriebszustand sehr klein, da sie nur den überhöhten Leitungsdruck
in den Leitungen 30, 32 aufrechterhält und daher nur die durch diesen Druck bedingten
Leckverluste ergänzt.
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Bei ungleichen Übersetzungsverhältnissen der beiden Getriebe 1, 2
haben mit den Wellen 9, 10 auch die Pumpen 26, 27 verschiedene Drehzahlen. Die beispielsweise
von der Pumpe 26 gelieferte Flüssigkeitsmenge wird jetzt nur zum Teil von der Pumpe
27 aufgenommen, während der überschüssige Teil durch die Leitung 32 über die Pumpe
28 und die Leitung 31 in die Leitung 29 gelangt und zur Pumpe 26 zurückfließt. Der
Flüssigkeitsstrom, der durch die Leitungen 31, 32 fließt, treibt die Pumpe 28 an,
die wiederum ihre Antriebsenergie iiber die als Generator arbeitende Gleichstrommaschine
13, die Gleichstrommaschine 17 und den Drehstrommotor 21 an das Netz 11 zurückgibt.
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Alle zum Anschluß der Motoren 12, 13 bzw. der beiden Getriebe 1,
2 erforderlichen Getriebeteile sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zu
einer baulichen Einheit vereinigt, also beispielsweise in einem Gehäuse 22 untergebracht,
an welchem die Motoren 12, 13 angeflanscht sind. Die aus der Gehäusestiruseite herausragenden
Enden der Wellen 9, 10 sind zweckmäßig für den Anschluß von Gelenkwellen ausgebildet,
damit auch Getriebe größerer oder kleinerer Bauhöhe leicht angeschlossen werden
können.