DE19542507A1

DE19542507A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Achsgelenks

Info

Publication number: DE19542507A1
Application number: DE1995142507
Authority: DE
Inventors: Jan-Welm Dr Ing Biermann; Martin Dipl Ing Helbing
Original assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRAFTFA
Current assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRAFTFA
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: DE19542507C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wir kungsgrades eines Achsgelenks.

Achsgelenke stellen in Antriebssträngen moderner Kraftfahrzeuge eine bedeutsame Komponente dar und werden meist in der Bauform sogenannter "Gleichlaufgelen ke" eingesetzt. Bei der fortschreitenden Optimierung sämtlicher Fahrzeugkom ponenten ist es aus wirtschaftlichen, konstruktiven und fertigungstechnischen Gründen sinnvoll und erforderlich, die Wirkungsgrade von Achsgelenken, die in der Größenordnung von über 98% liegen, zu bestimmen, um dadurch unter Berück sichtigung auch von Gesichtspunkten wie Temperaturverhalten, Geräuschverhal ten, Leistungsvolumen und Leistungsgewicht Wirkungsgradverbesserungen erzie len zu können. Derartige Wirkungsgradverbesserungen führen direkt zu einer Reduzierung des Fahrwiderstands der Kraftfahrzeuge, woraus wiederum eine Reduzierung des Energieverbrauchs und der Schadstoffemissionen resultiert.

Herkömmliche Verfahren zur Wirkungsgradmessung, wie sie etwa bei Prüfstands konzepten für Schalt- oder automatische Fahrzeuggetriebe oder auch andere Getriebetypen angewendet werden und die auf den Prinzipien einer Wirkungs gradbestimmung mit Hilfe der Ermittlung der Verlustleistung mittels einer pendeln den Getriebeaufhängung, einer mechanischen oder elektrischen Verspannung basieren, eignen sich aufgrund der geringen erreichbaren Meßgenauigkeit nicht zur Verwendung bei der Wirkungsgradbestimmung eines Achsgelenks, da die Meßun genauigkeit im Bereich der zu messenden Verlustleistung liegt. Bekannte Meßver fahren aus dem Bereich von Getrieben sind daher bei Achsgelenken nicht anwend bar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Wir kungsgrads eines Achsgelenks bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise Wir kungsgradbestimmungen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können. Des weiteren soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, mit der sich die Wirkungs gradbestimmung bei unterschiedlichsten Drehzahlen, Drehmomenten und Beuge winkeln mit einfachen Mitteln durchführen läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines wärmeisoliert und in einem Beugewinkel β in einem An triebsstrang angeordneten Achsgelenks gelöst, das mit einem zeitlich konstanten Drehmoment M_zu beaufschlagt wird und ein Drehmoment M_ab abgibt, das um ein in dem Achsgelenk auftretendes Verlustmoment M_v vermindert ist und aus den folgenden Verfahrensschritten besteht:

a) Das Achsgelenk wird zumindest so lange mit dem konstanten Dreh moment M_zu beaufschlagt, bis die von der Aufheizzeit t′ abhängige Differenztemperatur ΔT(t′) zwischen der gemessenen Temperatur T_g(t′) des Achsgelenks und der gemessenen Umgebungstemperatur T_u(t′) einen Beharrungswert ΔT_stat erreicht.
b) Der Beugewinkel β und das zugeführte Drehmoment M_zu werden nach Erreichen des Beharrungszustands gleichzeitig zu null eingestellt, die Drehzahl n wird dabei fortlaufend konstant gehalten.
c) Der Verlauf der von der Abkühlzeit t abhängigen Temperatur T_g(t) des Achsgelenks wird während der infolge der Lastabschaltung und Ge lenkstreckung eintretenden Abkühlung gemessen und aufgezeichnet.
d) Gleichzeitig wird der Verlauf der Umgebungstemperatur T_u(t) gemes sen und aufgezeichnet.
e) Aus den bekannten Werten der Größen wirksame Gelenkoberfläche A, Gelenkmasse m, mittlere spezifische Wärmekapazität c des Ge lenkmaterials, dem Beharrungswert ΔT_stat sowie den Verläufen der Temperaturen T_g(t) und T_u(t) während der Abkühlung wird der wäh rend des Beharrungszustands wirksame Wärmeübergangskoeffizient α bestimmt,
- aa) unter Verwendung eines Wertes t* der Abkühlzeit t* sowie der zugehörigen Werte T_g(t*) und T_u(t*) gemäß der Beziehung α = - mc/At* In [(T_g(t*) - T_u(t*))/ΔT_stat];
- bb) unter Verwendung zweier Werte t* und t*+Δt der Abkühlzeit t sowie der zugehörigen Werte T_g(t*), T_g(t*+Δt), T_u(t*) und T_u(t*+Δt) sowie der Werte T_g(t*+Δt/2) und T_u(t*+Δt/2) ge mäß der Beziehung α = - mc/A [T_g(t*+Δt) - T_g(t*) + T_u(t*) - T_u(t*+Δt)]/ Δt [T_g(t*+Δt/2) - T_u(t*+Δt/2)];
f) Aus dem Wärmeübergangskoeffizienten α, der wirksamen Gelenk oberfläche A und dem Beharrungswert ΔT_stat der Differenztemperatur wird die Verlustleistung P_v des Achsgelenks während der Lastbeauf schlagung bestimmt gemäß der Beziehung P_v = αA ΔT_stat
g) Der Wirkungsgrad o des Achsgelenks während der Lastbeaufschla gung wird bestimmt aus der Verlustleistung P_v, der Drehzahl n und
- aa) dem zugeführten Drehmoment M_zu gemäß der Beziehung η = (2πnM_zu - P_v)/2πnM_zu oder
- bb) dem abgegebenen Drehmoment M_ab gemäß der Beziehung π = 2πnM_ab/(2πnM_ab + P_v).

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert somit auf der Bestimmung der im Achs gelenk auftretenden Verlustleistung, wobei das zu vermessende Achsgelenk als nicht isolierter Wärmespeicher mit einer Wärmezufuhr in Höhe der Verlustleistung betrachtet wird. Eine Bilanzierung innerhalb der Grenzen des Achsgelenks liefert gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik die Aussage, daß nach aus reichend langer Beaufschlagung des Achsgelenks mit einem konstanten Drehmo ment (bei konstanter Drehzahl und konstantem Beugewinkel) asymptotisch ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, in dem sich der Füllungszustand des als Speicher zu betrachtenden Achsgelenks nicht mehr verändert, so daß die zugeführ te und die abgeführte Wärmeleistung identisch sind. Dabei kann ohne weiteres davon ausgegangen werden, daß die in dem Achsgelenk entstehende Verlustlei stung vollständig in Form von Wärmeleistung entsteht und eventuelle andere Verlustleistungsanteile, beispielsweise in Form von Schall, zu vernachlässigen sind.

Nach Erreichen des Gleichgewichtszustands ändert sich auch die Differenztempera tur zwischen dem Wärmespeicher und der Umgebung nicht mehr, so daß aus dem Verlauf der Aufheizkurve des zu vermessenden Achsgelenks das Erreichen dieses Gleichgewichtszustands erkennbar ist.

Um die abgegebene Wärmeleistung bestimmen zu können, die bei Erreichen der stationären Differenztemperatur gleich der zugeführten Wärmeleistung ist, muß der Wärmeübergang zwischen Speicher und Umgebung bestimmt werden. Die Ermitt lung dieses Wärmeübergangs erfolgt erfindungsgemäß jedoch nicht während des Gleichgewichtszustands, sondern ausgehend von diesem nach einer Abschaltung der Wärmezufuhr, wobei jedoch die Bedingungen des Wärmeübergangs im Ver gleich zum Gleichgewichtszustand unverändert bleiben. Dies geschieht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das eingeleitete Drehmoment und der Beugewinkel schlagartig und gleichzeitig auf Null gesetzt werden, wobei die Drehzahl des zu vermessenden Achsgelenks konstant gehalten wird, um unver änderte Zustände beim Wärmeübergang während des daraufhin einsetzenden Abkühlvorgangs beizubehalten.

Aus dem abklingenden Verlauf der Differenztemperatur läßt sich - wegen der ständig fallenden Temperaturgradienten vorteilhafterweise zu Beginn des Abkühl vorgangs - sodann eine Aussage über den Wärmeübergang zwischen dem Achs gelenk (d. h. dem Speicher) und der Umgebung, wie er während des stationären Gleichgewichtszustands maßgebend war, machen. Auf diese Weise läßt sich aus den bekannten Werten für die wirksame Gelenkoberfläche, die Gelenkmasse, die mittlere, spezifische Wärmekapazität des Gelenkmaterials und dem Beharrungswert der Temperaturdifferenz sowie den Verläufen der Achsgelenktemperatur und der Umgebungstemperatur während des Abkühlvorgangs der während des Behar rungszustands wirksame Wärmeübergangskoeffizient bestimmen.

Sind nun dieser Wärmeübergangskoeffizient und die wirksame Gelenkoberfläche und der Beharrungswert der Differenztemperatur bekannt, so läßt sich die im Achs gelenk auftretende Verlustleistung und in Kenntnis des zugeführten oder abgegebe nen Drehmoments sowie der Achsgelenkdrehzahl auch der interessierende Wir kungsgrad des Achsgelenks bestimmen.

Während mit herkömmlichen aus dem Bereich der Getriebetechnik stammenden Meßprozeduren, wie z. B. dem einfachen Messen der Eingangs- und Ausgangs leistung, aussagekräftige Wirkungsgradmessungen bei Achsgelenken nicht möglich sind, läßt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wirkungsgrad eines Achsgelenks auf einfache Weise ohne großen meßtechnischen Aufwand und unter Verwendung handelsüblicher Meßtechnik mit einer sehr guten Meßgenauigkeit ermitteln. Daher lassen sich ohne großen Kostenaufwand Reihenuntersuchungen an Achsgelenken mit sehr hoher Meßgenauigkeit durchführen, die die Grundlage für eine systematische Optimierung dieser im Antriebsstrang sehr bedeutsamen Komponenten bilden.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß bei der Durchführung des Verfahrensschritts e) bei mindestens einer der beiden Alternativen aa) und bb) hintereinander mehrere verschiedene Werte t* zur Bestimmung mehrerer Werte des Wärmeübergangskoeffizienten α eingesetzt werden, wobei zur Weiterverwendung in den folgenden Verfahrensschritten jeweils ein arithmetisch gemittelter Wert bestimmt wird.

Auf diese Weise kann die Meßgenauigkeit weiter gesteigert werden, da eventuell auftretende geringe Streuungen zwischen einzelnen ermittelten Werten des Wär meübergangskoeffizienten wegen der Durchschnittsbildung nicht mehr ins Gewicht fallen und nivelliert werden.

Die Erfindung weiter ausgestaltend, ist vorgesehen, daß innerhalb der ersten 5 Minuten nach der Lastabschaltung und Gelenkstreckung jeweils im Abstand von 10 Sekunden eine Bestimmung eines Wertes des Wärmeübergangskoeffizienten α durchgeführt wird.

Anhand vielfacher Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß bei einer solchen Verfahrensweise das Verhältnis zwischen der Anzahl der zu bestimmenden Einzelwerte und der aus einer wachsenden Anzahl von Meßwerten steigenden Meßgenauigkeit besonders günstig ist. Eine Bestimmung von Werten des Wärme übergangskoeffizienten in einem Abstand von weniger als 10 Sekunden hat sich als ebenso nicht erforderlich herausgestellt wie eine Ausdehnung der Meßintervalle über einen Zeitraum von 5 Minuten nach der Lastabschaltung.

Des weiteren ist es noch besonders vorteilhaft, daß die Alternativen aa) und bb) nach Verfahrensschritt g) parallel durchgeführt werden und zur Weiterverwendung in den folgenden Verfahrensschritten ein aus beiden ermittelten Werten des Wär mekoeffizienten α oder arithmetisch gemittelter Wert bestimmt wird.

Aufgrund der parallelen Durchführung der beiden Alternativen aa) und bb) nach Verfahrensschritt g) läßt sich die Meßgenauigkeit bei der Ermittlung des Wärmeko effizienten weiter steigern, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Meß- oder Erfassungs aufwand notwendig ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus einer rotatorischen Antriebsmaschine, zwei an die Stirnseiten eines zu ver messenden Achsgelenks angepaßten Anschlußflanschen, einem Festgelenk, einem Winkelgetriebe, einer mittels einer Verstelleinrichtung in ihrer axialen Länge ver änderliche Keilwelle und einer Bremseinrichtung, wobei die vorgenannten rotieren den Bestandteile der Vorrichtung so angeordnet sind, daß in der vorstehenden Reihenfolge durch die Bauteile ein Leistungsfluß durchleitbar ist, wobei das zu vermessende Achsgelenk kraftschlüssig und wärmeisoliert zwischen die beiden Anschlußflansche einbringbar ist und eine Drehmomentmeßeinrichtung, eine Drehzahlmeßeinrichtung und eine Temperaturmeßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur des Achsgelenks sowie eine Temperaturmeßeinrichtung zur Bestim mung der Umgebungstemperatur vorgesehen und das Winkelgetriebe und das Festgelenk mittels der Verstelleinrichtung quer zur Drehachse der Antriebsmaschi ne verlagerbar sind.

Mit überraschend einfachen Mitteln läßt sich auf diese Weise eine Vorrichtung schaffen, mit der die Wirkungsgradbestimmung von Achsgelenken in den ver schiedensten Betriebszuständen möglich ist.

Aufgrund der Möglichkeit, das Winkelgetriebe mit dem daran angeschlossenen Festgelenk mittels der Verstelleinrichtung quer zur Drehachse der Antriebsmaschi ne verlagern zu können, lassen sich während der Rotation des Achsgelenks stufen los verschiedene Beugewinkel einstellen. Dabei ermöglicht die Kombination eines zu vermessenden Achsgelenks mit einem zweiten Achsgelenk in Form des Festge lenks eine Veränderung des Beugungswinkels des zu vermessenden Achsgelenks, ohne daß eine Schwenkbewegung eines der dem Festgelenk nachgeschalteten Be standteile der Vorrichtung notwendig ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperaturmeßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur des Achsgelenks ein Infrarot-Strahlungspyrometer ist, da in diesem Fall die Temperaturmessung berührungsfrei erfolgt und kein störanfälliger mechani scher Temperaturabgriff etwa über Schleifringe erforderlich ist. Um bei dem zu vermessenden Achsgelenk einen Körper mit einer Oberfläche bekannten Emissions vermögens vorliegen zu haben, wird das Achsgelenk zweckmäßigerweise mit einer mattschwarzen Beschichtung versehen.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß zwi schen der rotatorischen Antriebsmaschine und dem dieser zugewandten Anschluß flansch ein Reduziergetriebe und/oder zwischen der Keilwelle und der Leistungs bremse ein Hochtreibergetriebe vorgesehen ist. Sowohl die Antriebsmaschine als auch die Leistungsbremse können somit in einem für sie geeigneten Drehzahlbe reich arbeiten, auch wenn die Drehzahl der Achsgelenke lediglich in einem Bereich von bis zu ca. 1000 Umdrehungen pro Minute liegt. Auch ist es auf diese Weise möglich, die bei Achsgelenken typischerweise auftretenden Drehmomente zu realisieren.

Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß zwischen den An schlußflanschen und Stirnseiten des zu vermessenden Achsgelenks jeweils ein Isolierkörper (beispielsweise aus Holz oder Kunststoff oder einem anderen Material mit schlechten Wärmeleitungseigenschaften) angeordnet ist.

Auf diese Weise läßt sich der Wärmefluß aus dem zu vermessenden Achsgelenk in die benachbarten Bauteile des Antriebsstrangs sehr gering halten, so daß das dem Meßverfahren zugrunde liegende Prinzip des nicht isolierten Wärmespeichers mit jedoch unterbundener Wärmeleitung in Richtung benachbarter Antriebsstrang komponenten mit nur unbedeutenden Fehlern verwirklicht ist. Dennoch ist die Übertragung hoher mechanischer Leistungen über derartige Isolierkörper unproble matisch.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrads eines Achsgelenks näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Aufbau der Vorrichtung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Achsgelenk mit einer Pfeildar stellung der zugeführten Leistung, der abgegebenen Leistung und der Verlustleistung;

Fig. 3 wie Fig. 2, jedoch für die Aufheizphase und den Beharrungs zustand mit einer Pfeildarstellung des zugeführten Wärme stroms und des abgeführten Wärmestroms;

Fig. 4 wie Fig. 3, jedoch für die Abkühlphase;

Fig. 5 den Verlauf der Differenztemperatur zwischen der Temperatur des Achsgelenks und der Umgebungstemperatur während der Aufheizphase und

Fig. 6 den Verlauf der Differenztemperatur zwischen der Temperatur des Achsgelenks und der Umgebungstemperatur während der Abkühlphase.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Achsgelenks aus einer rotatorischen Antriebsmaschine 1, einem Reduziergetriebe 2, einem dem Reduziergetriebe zugewandten Isolierkörper 3, dem zu vermessenden Achsgelenk 4, einem dem getriebeseitigen Isolierkörper 3 gegenüberliegendem Isolierkörper 5, einer Drehmomentmeßeinrichtung 6 in Form einer Meßwelle; einem Festgelenk 7, einem in Richtung des Doppelpfeils 7′ ver schiebbaren Winkelgetriebe 8, einer Verstelleinrichtung 9, einer in Richtung des Doppelpfeils 7′ axial längenveränderlichen Keilwelle 10, einem Hochtreibergetriebe 11 und einer Bremseinrichtung 12 in Form einer Wirbelstrombremse. Durch die vorgenannten Bauteile ist ein durch den Pfeil 13 angedeuteter Leistungsfluß in der vorstehenden Reihenfolge durchleitbar, wobei das von dem zu vermessenden Achsgelenk 4 abgegebene Drehmoment mittels der Meßwelle bestimmbar ist. Eine nicht abgebildete Drehzahlmeßeinrichtung ist in dem Gehäuse der Antriebsmaschi ne untergebracht und weist einen mit einer rotierenden Zahnscheibe zusammen wirkenden feststehenden Feldeffektsignalgeber sowie eine zugehörige Auswerte einheit auf. Mittels der Verstelleinrichtung 9 läßt sich das Winkelgetriebe 8 samt des daran angeschlossenen Festgelenks 7 quer zu einer Drehachse 13′ der An triebsmaschine 1 verschieben, so daß sich stufenlos verschiedene Beugewinkel β des Achsgelenks 4 einstellen lassen.

Mittels einer Temperaturmeßeinrichtung in Form eines Infrarot-Strahlungspyrome ters läßt sich die Temperatur des Achsgelenks bestimmen. Eine weitere Tempera turmeßeinrichtung 15 dient zur Bestimmung der Umgebungstemperatur. Mit der abgebildeten Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Meßverfahren wie folgt durchführen:

a) Das Achsgelenk 4 wird zumindest so lange mit einem konstanten Drehmo ment beaufschlagt, bis eine Differenztemperatur zwischen einer mit der Temperaturmeßeinrichtung 14 gemessenen Temperatur des Achsgelenks und einer mittels der Temperaturmeßeinrichtung 15 gemessenen Umge bungstemperatur einen Beharrungswert erreicht. Ein typischer Verlauf dieser Differenztemperatur über der Aufheizzeit t′ ist in Fig. 5 dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, nähert sich die Differenztemperatur asymptotisch gemäß einer e-Funktion einem Beharrungswert, der mit meßtechnisch erfaß barer Genauigkeit nach ca. 2,5 bis 3,5 Stunden erreicht wird.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Differenz zwischen der dem zu vermessen den Achsgelenk 4 zugeführten Leistung P_zu und der abgegebenen Leistung P_ab als Verlustleistung P_v in dem Achsgelenk 4 anfällt.

Fig. 3 zeigt, daß während der Aufheizphase und auch während des Behar rungszustands, d. h. generell in Zuständen mit konstanter Lastbeaufschla gung des Achsgelenks 4, die dem als Speicher zu betrachtenden Achs gelenk 4 zugeführte Wärmemenge mit der auftretenden Verlustleistung gleichgesetzt wird und konstant ist. Während der Aufheizphase verbleibt ein Teil der dem Achsgelenk 4 zugeführten Wärmemenge in dem Achsgelenk 4, so daß der abgeführte Wärmestrom kleiner als der zugeführte Wärmestrom ist. Dies führt zu einem allmählichen Auffüllen des Wärmespeichers.

Ist die maximale Wärmekapazität des Speichers erschöpft, so wird keine weitere Wärme mehr von dem Achsgelenk 4 aufgenommen, und es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem zugeführten und dem abgegebenen Wärmestrom ein.

b) Nach Erreichen des Beharrungszustands werden der Beugewinkel β und das zugeführte Moment, d. h. auch die dem Achsgelenk 4 zugeführte Leistung, schlagartig und gleichzeitig auf Null eingestellt, wobei die Drehzahl n fort laufend konstant gehalten wird.

Dies geschieht, indem mittels der Verstelleinrichtung 9 das Festgelenk 7 und das zu vermessende Achsgelenk 4 in eine bezüglich ihrer Drehachsen fluch tende Stellung gebracht werden und die Bremseinrichtung 12 abgeschaltet wird. Die Antriebsmaschine 1 läuft mit konstanter Drehzahl weiter. Auf grund der Lastabschaltung und Gelenkstreckung tritt im Achsgelenk 4 keinerlei Verlustleistung mehr auf, so daß dem zu diesem Zeitpunkt gefüllten Speicher keine weitere Wärme zugeführt wird.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die in dem Speicher vorhandene Wärmemen ge nach der Lastabschaltung und Gelenkstreckung in Form eines Wärme stroms _ab an die Umgebung des Achsgelenks 4 abgegeben wird.

Fig. 6 zeigt in prinzipieller Darstellung den Verlauf der Differenztemperatur zwischen der Temperatur des Achsgelenks und der Umgebungstemperatur. Ausgehend von einem Beharrungswert zum Zeitpunkt der Lastabschaltung und Gelenkstreckung, sinkt diese Temperaturdifferenz asymptotisch gegen Null, so daß die Gelenktemperatur nach einer theoretisch unendlichen, praktisch jedoch endlichen Ausgleichszeit mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt.

c) Während der infolge der Lastabschaltung und Gelenkstreckung eintretenden Abkühlung wird der Verlauf der Temperatur des Achsgelenks 4 mit der Tem peraturmeßeinrichtung 14 in Form eines Infrarot-Strahlungspyrometers fortlaufend gemessen und aufgezeichnet.
d) Ebenso wird während der Abkühlungsphase der Verlauf der Umgebungs temperatur mit der Temperaturmeßeinrichtung 15 fortlaufend gemessen und aufgezeichnet.
e) Mit einer nicht näher abgebildeten Auswerteeinrichtung wird aus den be kannten Werten der wirksamen Gelenkoberfläche, der Gelenkmasse, der mittleren spezifischen Wärmekapazität des Gelenkmaterials und dem Behar rungswert der Differenztemperatur sowie den aufgezeichneten Verläufen der Gelenk- und Umgebungstemperatur der während des Beharrungszustands wirksame Wärmeübergangskoeffizient α bestimmt unter Verwendung
- aa) eines Wertes t* der Abkühlzeit t sowie der zugehörigen Werte T_g(t*) und T_u(t*) gemäß der Beziehung α = - mc/At* In [(T_g(t*) - T_u(t*))/ΔT_stat] und
- bb) zweier Werte t* und t* + Δt der Abkühlzeit t sowie der zugehö rigen Werte T_g(t*), T_g(t*+Δt), T_u(t*) und T_u(t*+Δt) sowie der Werte T_g(t*+Δt/2) und T_u(t*+Δt/2) gemäß der Beziehung α = - mc /A [T_g(t* + Δt) - T_g(t*) + T_u(t*) - T_u(t* + Δt)]/ Δt [T_g(t*+Δt/2) - T_u(t*+Δt/2)].

Dabei werden innerhalb der ersten fünf Minuten nach der Lastabschaltung und Gelenkstreckung jeweils im Abstand von 10 Sekunden zwei Werte des Wärmeübergangskoeffizienten gemäß der Beziehung aa) und bb) bestimmt.

Die jeweils 30 zueinander gehörigen Einzelwerte werden zu zwei Zwischen werten gemittelt, aus denen wiederum durch arithmetische Mittelwertbil dung ein Endwert des Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt wird.

f) Aus dem Wärmeübergangskoeffizienten , der wirksamen Gelenkoberfläche und dem Beharrungswert der Differenztemperatur wird die Verlustleistung des Achsgelenks während der Lastbeaufschlagung bestimmt gemäß der Beziehung P_v = ΔT_stat.
g) Der Wirkungsgrad η des Achsgelenks während der Lastbeaufschlagung wird bestimmt aus der Verlustleistung P_v, der Drehzahl n und dem abgegebenen Drehmoment M_ab gemäß der Beziehung η = 2πnM_ab/(2πnM_ab + P_v).

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines wärmeisoliert und in einem Beugewinkel β in einem Antriebsstrang angeordneten Achsgelenks (4), das mit einem zeitlich konstanten Drehmoment M_zu beaufschlagt wird und ein Drehmoment M_ab abgibt, das um ein in dem Achsgelenk (4) auf tretendes Verlustmoment M_v vermindert ist, mit den folgenden Verfahrens schritten:

a) Das Achsgelenk (4) wird zumindest so lange mit dem konstanten Drehmoment M_zu beaufschlagt, bis eine von einer Aufheizzeit t′ ab hängige Differenztemperatur ΔT(t′) zwischen einer gemessenen Temperatur T_g(t′) des Achsgelenks (4) und einer gemessenen Umge bungstemperatur T_u(t′) einen Beharrungswert ΔT_stat erreicht.
b) Der Beugewinkel β und das zugeführte Drehmoment M_zu werden nach Erreichen des Beharrungszustands gleichzeitig auf Null eingestellt, wobei die Drehzahl n fortlaufend konstant gehalten wird.
c) Der Verlauf der von einer Abkühlzeit t abhängigen Temperatur T_g(t) des Achsgelenks (4) wird während der infolge der Lastabschaltung und Gelenkstreckung eintretenden Abkühlung gemessen und aufge zeichnet.
d) Gleichzeitig wird der Verlauf der Umgebungstemperatur T_u(t) gemes sen und aufgezeichnet.
e) Aus den bekannten Werten der wirksamen Gelenkoberfläche A, der Gelenkmasse m, der mittleren spezifischen Wärmekapazität c des Ge lenkmaterials und dem Beharrungswert ΔT_stat sowie den Verläufen der Temperaturen T_g(t) und T_u(t) während der Abkühlung wird der wäh rend des Beharrungszustands wirksame Wärmeübergangskoeffizient α unter Verwendung:
- aa) eines Wertes t* der Abkühlzeit t sowie der zugehörigen Werte T_g(t*) und T_u(t*) gemäß der Beziehung α = - mc/At* In [(T_g(t*) - T_u(t*))/ΔT_stat] oder
- bb) zweier Werte t* und t* + Δt der Abkühlzeit t sowie der zugehö rigen Werte T_g(t*), T_g(t*+Δt), T_u(t*) und T_u(t*+Δt) sowie der Werte T_g(t*+Δt/2) und T_u(t*+Δt/2) gemäß der Beziehung α = - mc/A [T_g(t*+Δt) - T_g(t*) + T_u(t′) - T_u(t*+Δt)]/ Δt [T_g(t*+Δt/2) - T_u(t*+Δt/2)]
bestimmt.
f) Auf dem Wärmeübergangskoeffizienten α, der wirksamen Gelenk oberfläche A und dem Beharrungswert ΔT_stat der Differenztemperatur wird eine Verlustleistung P_v des Achsgelenks (4) während der Last beaufschlagung bestimmt gemäß der Beziehung P_v = αA ΔT_stat;
g) Der Wirkungsgrad η des Achsgelenks (4) während der Lastbeauf schlagung wird bestimmt aus der Verlustleistung P_v, der Drehzahl n und
- aa) dem zugeführten Drehmoment M_zu gemäß der Beziehung η = (2πnM_zu - P_v)/2πnM_zu oder
- bb) dem abgegebenen Drehmoment M_ab gemäß der Beziehung η = 2πnM_ab/(2πnM_ab + P_v)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Durch führung des Verfahrensschritts e) bei mindestens einer der beiden Alternati ven aa) und bb) hintereinander mehrere verschiedene Werte t* zur Bestim mung mehrerer Werte des Wärmeübergangskoeffizienten α eingesetzt werden, wobei zur Weiterverwendung in den folgenden Verfahrensschritten jeweils ein arithmetisch gemittelter Wert bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der ersten 5 Minuten nach der Lastabschaltung und Gelenkstreckung jeweils im Abstand von 10 Sekunden eine Bestimmung eines Wertes des Wärmeüber gangskoeffizienten α durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alternativen aa) und bb) nach Verfahrensschritt g) parallel durchgeführt werden und zur Weiterverwendung in den folgenden Verfahrensschritten ein aus beiden ermittelten Werten des Wärmeübergangskoeffizienten α oder arithmetisch gemittelter Wert bestimmt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer rotatorischen Antriebsmaschine (1), zwei an die Stirnseiten eines zu vermessenden Achsgelenks (4) angepaßten Anschlußflanschen, einem Festgelenk (7), einem Winkelgetriebe (8), einer mittels einer Verstelleinrich tung (9) in ihrer axialen Länge veränderliche Keilwelle (10) und einer Brems einrichtung (12), wobei die vorgenannten rotierenden Bestandteile der Vor richtung so angeordnet sind, daß in der vorstehenden Reihenfolge durch sie ein Leistungsfluß hindurchleitbar ist, das zu vermessende Achsgelenk (4) kraftschlüssig und wärmeisoliert zwischen die beiden Anschlußflansche ein bringbar ist und eine Drehmomentmeßeinrichtung (6), eine Drehzahlmeß einrichtung und eine Temperaturmeßeinrichtung (14) zur Bestimmung der Temperatur des Achsgelenks (4) sowie eine Temperaturmeßeinrichtung (15) zur Bestimmung der Umgebungstemperatur vorgesehen und das Winkelge triebe (8) und das Festgelenk (7) mittels der Verstelleinrichtung (9) quer zur Drehachse (13′) der Antriebsmaschine (1) verlagerbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur meßeinrichtung (14) zur Bestimmung der Temperatur des Achsgelenks (4) ein Infrarot-Strahlungspyrometer ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen der rotatorischen Antriebsmaschine (1) und dem dieser zugewandten Anschlußflansch ein Reduziergetriebe (2) und/oder zwischen der Keilwelle (10) und der Bremseinrichtung (12) ein Hochtreibergetriebe (11) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußflanschen und den Stirnseiten des zu vermes senden Achsgelenks (4) jeweils ein Isolierkörper (3, 5) angeordnet ist.