DE19751452C2

DE19751452C2 - Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes

Info

Publication number: DE19751452C2
Application number: DE1997151452
Authority: DE
Inventors: Dietrich Knoedler; Andreas Klumpp
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: DE19751452A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be trieb eines Lastprüfstandes zur Untersuchung von Maschi nenteilen, insbesondere Kraftfahrzeugteilen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus Gründen der besseren Reproduzierbarkeit, der Zeit- und Kostenersparnis sowie des Umweltschutzes werden Fahr zeugversuche soweit wie möglich aus dem Gelände bzw. von der Strasse auf Lastprüfstände verlagert, in denen die sonst auftretenden Fahrbedingungen simuliert werden. Je nach der spezifischen Aufgabe gelingt die Prüfstandssimu lation jedoch nur bedingt. Anfahrvorgänge, Belastungen bei geringen Geschwindigkeiten, Reversiervorgänge und dgl. können häufig nur mit erheblichen Einschränkungen am Prüfstand realisiert werden.

Die in der Fahrzeugindustrie häufig verwendeten Lastprüf stände weisen als Hauptkomponenten einen Antrieb für das zu untersuchende Maschinenteil und einen Abtrieb in Form einer oder mehrere Belastungsmaschinen auf, wobei letzte re als Wasserwirbelbremse, Wirbelstrombremse oder Gleich strommaschine, die im Generatorbetrieb eingesetzt werden, ausgebildet sind.

Bei Verwendung einer Bremse als Belastungsmaschine kann nur eine Widerstandssimulation vorgenommen werden. Die Simulation eines Schubbetriebes ist nicht möglich. Dar über hinaus kann nur ein eingeschränktes Drehmomenten- /Drehzahlkennfeld überprüft werden.

Bei Verwendung einer Gleichstrommaschine im Generatorbe trieb können bei Drehmomentenfreiheit und/oder Drehzahl 0 keine Belastungsmessungen am Maschinenteil vorgenommen werden, wenn es sich dabei um ein Getriebe handelt.

Aus der DE 195 37 639 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von Getrieben auf einem Lastprüfstand bekannt, mit einem Antriebsmotor, einem Prüfgetriebe, einem dem Prüfgetriebe nachgeschalteten Getriebe und zwei parallel geschalteten Belastungsmaschinen, die unterschiedlich und getrennt voneinander regelbar sind und die in einem Getriebe zu sammengeführt sind.

Mit diesem bekannten Lastprüfstand lassen sich wesentlich wirkungsnähere Prüfungen eines Getriebes durchführen, wo bei es möglich ist, einen Betriebszustand mit Drehmoment 0 und hoher Drehzahl und/oder Drehzahl 0 mit hohem Moment zu erfassen. Ein stabiles und genaues Messen des Getrie bes ohne Zeitbeschränkung ist damit möglich.

Bei dynamischen Drehzahländerungen des Prüfgetriebes wer den die Drehzahlen der Massen der beiden Belastungsge triebe am Hohlrad bzw. Sonnenrad des als Planetengetrie bes ausgebildeten Getriebes umgekehrt proportional verän dert. Über das Planetengetriebe als Summiergetriebe ist die Drehmomentenaufteilung in Form eines Waagebalkens vorgegeben. Die abstützenden Momente und damit das Mas senverhältnis sind durch das Planetengetriebe gegeben. Im Rahmen des jeweiligen Maschinenkennfeldes können die Mas sen elektrisch simuliert werden. Wird das reale Massen verhältnis nicht eingehalten (oder durch die elektrische Simulation dargestellt), so wird jeweils der Strang der Belastungsmaschine mit dem geringeren wirksamen Moment zum Waagebalken hin beschleunigt.

Durch eine Übersetzungsänderung hervorrufende Maschi nenregelung können die am Prüfgetriebe wirksamen Rotations massen verändert werden. Dadurch wird auch der Bereich der elektrischen Massensimulation erweitert.

Der aus der DE 195 37 639 A1 bekannte Prüfstand eignet sich hervorragend zur Untersuchung von Getrieben von Nutzfahrzeugen, Bau- und Arbeitsmaschinen, nicht jedoch zur Untersuchung von Ver brennungsmotoren und anderen grossen Maschinenteilen, so dass zur Untersuchung der Einwirkungen von Drehschwingungen aufgrund der grossen Massenverhältnisse weiterhin Fahrver suche notwendig sind.

Aus der DE 44 40 974 C1 ist eine Belastungseinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt. Darin wird vorgeschlagen, die Bremse der Belastungseinrichtung als an sich bekannte Wasserwirbelbremse auszubilden.

Die DE 39 34 279 C2 betrifft ein Verfahren zur Diagno se von zu einer Betriebssteuerung gehörenden Antriebslasten einer Brennkraftmaschine mit mehreren Sensoren sowie mit einer Zwangs-/Laständerungsvorrichtung. Es werden, unabhängig von der Art der jeweils zwangsweise an gesteuerten Antriebslast, zur Diagnose die Werte von Senso ren für die Kühlwassertemperatur, die Maschinendrehzahl und die Drosselklappenlager herangezogen.

Aus der DE 38 12 824 A1 ist ferner ein Prüfstand zum Testen des Antriebsstranges eines Fahrzeuges bekannt. Gemäß dieser Druckschrift sind mindestens zwei voneinander unab hängige Belastungsmaschinen direkt an die Wellen des zu prüfenden Antriebsstranges anflanschbar und es erfolgt mit tels elektronischer Funktionsglieder oder eines Rechners eine Simulation der Räder und des Fahrzeugbeschleunigungs verhaltens, mit Ausnahme der real als. Fahrzeugkomponente vorhandenen Teile.

Die DE 36 41 338 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erzeugen definierter Drehschwingungen in einem mechanischen Getriebe. Dabei ist ein nicht umlaufendes Getriebeglied eines mindestens dreiwelligen oder dreirädrigen Summierge triebes drehbar gelagert und mit einer den Drehschwingungen entsprechenden, Impulse sendenden Steuereinrichtung verbün den.

Weiterhin betrifft die DE-OS 23 22 256 eine Vorrich tung zum Steuern der Bremskraftcharakteristik eines hydrau lischen Rotationsleistungsaufnehmers, wobei eine Durchfluß steuereinrichtung auf mindestens ein Geschwindigkeits- und/ oder Drehmomentsignal anspricht, derart, daß der Pegel einer Arbeitsflüssigkeit zum Zwecke der Variation des aufgenomme nen Drehmoments in vorbestimmter Weise und in Abhängigkeit von Drehzahl und/oder Drehmoment des Aufnehmers veränderbar ist.

Abschließend sei noch zum Stand der Technik der Arti kel "Die Antriebsstrang-Prüftechnik bei BWM" von Karl- Ullrich Reisenweber und Herbert Nolte erwähnt (ATZ Automo biltechnische Zeitschrift 93 (1991) 12, Seiten 754 bis 759). Dieser Artikel beschreibt die versuchstechnische Erprobung von Automatikgetrieben sowohl im Fahrzeug als auch auf Prüfeinrichtungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah ren zum Betrieb eines Lastprüfstandes anzugeben, mit dem auch andere Maschinenteile als Getriebe, insbesondere Ver brennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, durch Simulation der entsprechenden Fahrzustände untersucht werden können, ohne dass die bisher üblichen Feldversuche erforderlich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im An spruch 1 angegebenen Merkmalen; eine vorteilhafte Ausge staltung ist im Unteranspruch beschrieben.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Dreh schwingungen bis ca. 200 Hz unabhängig von der Antriebs drehzahl kostengünstig zu simulieren. Die Verlagerung der Untersuchung einer Brennkraftmaschine in einen Prüfstand führt nicht nur zu einer Verringerung der Umweltbelastung und der Energiekosten, sondern ermöglicht auch eine ein fache automatisierte Überwachung und ist erheblich ko stengünstiger als die gelegentlich verwendeten servo hydraulischen Drehschwingungsüberlagerungen, deren Erzeu gung äusserst aufwendig ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren, das im wesentlichen dar auf beruht, dass eine vorgegebene Frequenz der Dreh schwingungen erzeugt wird, und dass das zu untersuchende Maschinenteil unabhängig von der Drehschwingungsfrequenz mit einer vorgegebenen Drehzahl beaufschlagt wird, wobei die Drehschwingungsamplitude vorzugsweise durch den Achs versatz an der Gelenkwelle geregelt oder eingestellt wird, erfordert nur sehr geringe Investitions- und Be triebskosten, da es sich unter Verwendung des in der ein gangs erwähnten DE A beschriebenen Lastprüfstandes in die Praxis umsetzen lässt. Zugleich wird eine hohe Betriebs sicherheit erzielt aufgrund des schwingfähigen Feder- Masse-Systems. Mit einem geeigneten vorab bestimmten Si mulationsmodell können alle erforderlichen Parameter, insbesondere die Seitenverstellung, unabhängig bestimmt werden. Zur Anpassung an unterschiedliche Motorengrössen mit unterschiedlicher Zylinderzahl wird das Übersetzungs verhältnis des Summiergetriebes entsprechend eingestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung nä her erläutert, wobei

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des bekannten Lastprüfstandes zeigt,

Fig. 2 ein Beispiel eines Leistungsflusses bei Schubbe trieb,

Fig. 3 ein Drehzahl-Frequenz-Nomogramm, und

Fig. 4 ein Leistungsnomogramm darstellt.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Lastprüfstand be inhaltet eine Antriebseinrichtung 1 von beliebiger Art, die über eine Anfahreinrichtung 2, z. B. eine Kupplung oder Hydrostatikeinrichtung mit dem zu untersuchenden Ma schinenteil, in diesem Fall einem Prüfgetriebe 3, ver bindbar ist.

Dem Prüfgetriebe 3 ist als Summiergetriebe ein Planeten getriebe 4 mit einem Sonnenrad 5, mit Planetenrädern 6 und mit einem Hohlrad 7 nachgeschaltet. Die Verbindung zu dem Prüfgetriebe 3 erfolgt über die Planetenräder 6.

Eine Belastungsmaschine 8 ist über ihre Ausgangswelle 9 mit dem Sonnenrad 5 des Planetengetriebes 4, und eine zweite Belastungsmaschine 10 ist über ihre Ausgangswelle 11 und eine dazwischengeschaltete Zahnradübersetzung mit Zahnrädern 12 und 13 mit dem Hohlrad 7 des Planetenge triebes 4 verbunden.

In Fig. 1 ist ferner noch der Geschwindigkeitsplan mit dem Regelbereich der drei Planetensatzglieder in der rechten Hälfte dargestellt, wobei die Geschwindigkeit v auf der Abszisse und der halbe Durchmesser d/2 des jewei ligen Zahnrades auf der Ordinate getragen ist. Mit Z ist die Anzahl der Zähne und mit m der Modul bezeichnet.

Fig. 2 zeigt nun die Simulation des Schubbetriebes, wo bei von der Belastungsmaschine 8 eine Leistung von 250 KW und von der Belastungsmaschine 10 eine Leistung von 200 KW in das Planetengetriebe 4 eingespeist werden. Beide Leistungen werden auf das Prüfgetriebe und eine mit dem Prüfgetriebe verbundene Brennkraftmaschine mit einer Ge samtleistung von 450 KW weitergeleitet. In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist die dazugehörige Geschwindigkeits planung angegeben.

Fig. 3 zeigt ein Drehzahl-Frequenz-Nomogramm, wie es beim Betrieb des Lastprüfstandes mit dem erfindungsgemä ssen Verfahren bei der Untersuchung eines Verbrennungsmo tors erhalten wurde; die Systemdrehzahlgrenzen sowohl für das Hohlrad als auch für das Sonnenrad sind zu beiden Seiten durch die schrägen ausgezogenen Linien bezeichnet. Mit n_Ho ist die Drehzahl des Hohlrades mit n_Prüfling die Drehzahl des zu untersuchenden Maschinenteils und mit n_So die Drehzahl des Sonnenrades bezeichnet; die Frequenz des Prüflings in Hz ist in der untersten Zeile angegeben.

Bei einer Drehzahl n_pr = 0 sind maximal 160 Hz möglich; ab ca. 300 min/l sind 200 Hz möglich.

Fig. 4 zeigt ein Leistungsnomogramm, wobei die Frequenz am zu untersuchenden Maschinenteil vom Lenkwellenwinkel U.m_So abhängig ist. Die Leistungsteilung aufgrund des Einsatzes der beiden Belastungsmaschinen 8, 10 mit den beiden Gelenkwellen 9, 11 zur Drehschwingungsübertragung sowie die Tatsache, dass die getrennt ansteuerbaren Bela stungsmaschinen getrennt und unabhängig voneinander der art geregelt werden können, dass eine vorgegebene Fre quenz und unabhängig von dieser Drehschwingungsfrequenz die erforderliche Antriebsdrehzahl dem zu untersuchenden Maschinenteil, d. h. dem Prüfling übertragen wird, gemäss dem in Fig. 3 dargestellten Nomogramm führt zum ge wünschten Erfolg. Die Amplitude der Drehschwingungen wird insbesondere durch Achsversatz an den Gelenkwellen 9, 11 geregelt oder eingestellt.

Die Übersetzung des Summiergetriebes wird als Funktion des zu untersuchenden Verbrennungsmotors und je nach dem gewünschten Simulationsziel eingestellt. Dadurch eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren zur Simulation von Fahrzuständen für Brennkraftmaschinen mit vier, fünf und sechs Zylindern in Reihenanordnung sowie für Brennkraft maschinen mit acht Zylindern in V90- und V60-Anordnung sowie für Brennkraftmaschinen mit zehn Zylindern in V90- und V60-Anordnung (entsprechend der 4. und 2. sowie der 5. und 2,5. Ordnung).

Bezugszeichenliste

1

Antriebseinrichtung

2

Anfahreinrichtung

3

Prüfgetriebe

4

Planetengetriebe

5

Sonnenrad

6

Planetenräder

7

Hohlrad

8

Belastungsmaschine

9

Ausgangswelle

10

Belastungsmaschine

11

Ausgangswelle

12

Zahnrad

13

Zahnrad

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes zur Un tersuchung von Maschinenteilen, insbesondere Kraft fahrzeugteilen, wie Brennkraftmaschinen, wobei der Prüfstand einen Antriebsmotor und zwei parallel zu einander angeordnete Belastungsmaschinen aufweist, die die Maschinenteile mit Drehschwingungen beauf schlagen und der ein Getriebe zur Leistungsteilung bzw. Leistungssummierung aufweist, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden Belastungsmaschinen (8, 10) derart getrennt voneinander angesteuert werden, dass

a) eine vorgegebene Frequenz der Drehschwingung er zeugt wird und
b) das zu untersuchende Maschinenteil, unabhängig von der Drehschwingungsfrequenz mit einer vorgegebenen Drehzahl beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Drehschwingung durch Achsver satz an den Gelenkwellen der Belastungsmaschinen ein gestellt wird.