DE19921031A1

DE19921031A1 - Prüfstand für Getriebe und andere Bauteile

Info

Publication number: DE19921031A1
Application number: DE1999121031
Authority: DE
Inventors: Carsten Ramcke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 1999-11-18

Abstract

Prüfstand für Getriebe und andere Bauteile, DOLLAR A wie Kupplungen und ähnlichen. Dabei ist der Prüfling (4) mit zwei Synchronmaschinen (1) und (5) und einem dazwischen angebrachten Vorlauf-/Nachlaufgetriebe (3) gekuppelt. Die beiden Synchronmaschinen sind über ein Kabel (7) miteinander verbunden, wodurch ein internes Drehstromnetz entsteht. Angetrieben wird das gesamte System über einen als Verlustleistungsantrieb wirkenden Motor (z. B. Käfigläufermotor) (6). Zur Erzeugung der Elektro-Motorischen-Kraft (EMK) ist ein Verdrehwinkel zwischen den beiden Läufern und ihren Polen erforderlich. Dieser wird durch das Vorlauf-/Nachlaufgetriebe (3) geschaffen, indem die beiden Wellen (11) und (12) gegeneinander verdreht werden mittels einer Schiebekupplung (8) und entsprechender gegenläufiger Steilgewinde auf den beiden Wellenenden. Eine der beiden Synchronmaschinen wird dadurch zum Motor, die andere zum Generator, der über die Verkabelung (7) den Motor mit Energie versorgt. Dadurch wird der größte Teil der für die Prüfung erforderliche Energieaufwand wieder zurückgewonnen.

Description

1. Die Erfindung

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Prüfstand für Getriebe, Kupplungen oder andere auf Drehmoment zu prüfende Maschinenelemente. Dabei haben die Prüflinge zwei nach außen gehende Wellen oder Wellenenden und der Prüfstand ist derartig gestaltet, daß die für die Prüfung erforderliche Energie zu einem großen Teil rückgewonnen wird.

2. Stand der Technik und Kritik

Getriebe oder andere auf Drehmoment zu prüfende Maschinenelemente werden in der Regel derart geprüft, daß die Antriebsseite mit einem Motor - beispielsweise Elektromotor - und die Abtriebsseite mit einer Bremse verbunden wird. Erstere erzeugt das positive Drehmoment und letztere das negative Drehmoment (Gegenmoment). Nachteilig ist der hohe Energieverlust, weil diese nutzlos in Reibungswärme umgesetzt wird.

Auch sind Prüfstände bekannt, bei denen auf der Abtriebseite des Prüflings ein Generator - gegebenenfalls mit einem zwischen geschalteten Übersetzungsgetriebe- das Gegenmoment erzeugt und dabei die erzeugte elektrische Energie nach entsprechendem Umformen der Frequenz auf die Netzfrequenz in das Netz zurück speist. Der Aufwand an Apparaten und Geräten ist sehr hoch.

Einige Prüfstände arbeiten nach dem Prinzip der Bauteileverspannung. Hierbei wird die Abtriebseite des Prüflings mit der Antriebsseite derselben - im Falle eine Prüfung eines Getriebes ist das gleiche nochmals zusätzlich dazwischen zu schalten - verbunden und mittels einer Torsionswelle so verspannt, daß das gesamte System unter Torsionsspannung steht. Das gesamte System wird jetzt an irgend einer beliebigen Seite mit gleichbleibender oder variabler Drehzahl angetrieben.

Bei einem weiteren bekannten System wird der Prüfling zwischen zwei Hydraulikmaschinen gespannt, die miteinander im geschlossenen Kreislauf hydraulisch verbunden sind. Das bedeutet, daß eine Maschine als Pumpe die andere als Motor treiben kann. Das ganze System wird mittels eines Elektromotors in drehende Bewegung gebracht und eine zusätzliche Speisepumpe drückt Öl in die Vorlaufleitung des geschlossenen Hydrokreises. Dadurch werden die beiden Hydro-Maschinen mit dem dazwischen liegenden Prüfling gegeneinander verspannt, der Prüfling erfährt also die gewünschte Torsionsspannung. Als Energie für das System ist nur die Verlustenergie aufzuwenden. Auch bei diesem System ist der Aufwand an Prüfapparatur groß, bei Prüflingen mit hohen Drehzahlen und Drehmomenten sind Grenzen gesetzt, weil die notwendigen hydraulischen Maschinen nicht zur Verfügung stehen.

3. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand zur Verfügung zu stellen mit geringem Aufwand an Geräten und Apparaten bei möglichst hoher Energierückgewinnung, um damit kostengünstig Getriebe und andere Bauteile auf alle denkbaren Parameter prüfen zu können. Dies ist besonders interessant bei Getrieben und anderen Bauteilen hoher Leistungsübertragung, bei deren Prüfung ein hoher Aufwand an Energie erforderlich ist und eine sich Rückgewinnung besonders kostensparend bei der Gesamtkalkulation auswirkt.

4. Die erfindungsgemäße Lösung

Die Erfindung basiert auf folgendem Grundgedanken: ein Getriebe oder eine Kupplung oder ein ähnlich beanspruchtes Maschinenelement ist zwei Einflüssen ausgesetzt, nämlich der Eingangsdrehzahl und dem Drehmoment und daraus resultierend der Leistungsübertragung. In der Regel werden diese Bauteile von Elektromotoren oder anderen angetrieben, die also Drehzahl und Drehmoment einbringen und übertragen diese - bei Getrieben umgewandelten - Werte auf die anzutreibende Maschine. Wie in Bild 1 dargestellt, wird dieser Zustand mit dem erfundenen Prüfstand nachvollzogen. Ein Prüfling (4) - bei Getrieben sind es immer zwei Stück, um die gleichen An- und Abtriebszahl zu erhalten - wird mit zwei Drehstromsynchronmaschinen über Kupplungen (2) verbunden, wobei ein Vorlauf-/Nachlaufgetriebe (3) dazwischen geschaltet ist. Eine der Synchronmaschinen ist am zweiten Wellenende mit einem Kurzschlußläufermotor (6) verbunden, der die Funktion hat, das gesamte System anzutreiben; dabei wird er aus dem normalen Netz, gegebenenfalls mit dazwischen geschalteten Frequenzumformer gespeist. Die beiden Synchronmaschinen sind elektrisch miteinander über Kabel (7) verbunden und können somit ihr eigenes internes Drehstromnetz bilden. Die Kupplung des gesamten Systems erfolgt in einer Weise, daß die Läufer und somit die Pole der beiden Synchronmaschinen exakt miteinander fluchten und eine während der Prüfung erforderliche Verwindung von dem Vorlauf-/Nachlaufgetriebe (3) vorgenommen wird. In diesem montierten Montage- und Betriebszustand wird das System eingeschaltet, indem der Kurzschlußläufermotor (6), er kann auch als Verlustleistungsantrieb bezeichnet werden, eingeschaltet wird. Das gesamte System beginnt zu drehen, der Prüfling unterliegt nur einer aus der Reibung entstehenden Drehmomentbelastung. Die beiden Synchronmaschinen bauen ein Drehfeld auf, auf Grund der exakten Flucht der Läufer fließt jedoch kein Strom, es kann sich keine Elektro-Motorische-Kraft (EMK )aufbauen. Durch das Vorlauf-Nachlaufgetriebe (3) können die beiden Läufer der Synchronmaschinen zueinander verdreht werden. Dadurch wird bei beiden Maschinen der für die Bildung der EMK erforderliche Verdrehwinkel zwischen Polpaar und Drehfeld erwirkt, bei der einen Maschine ist es ein positiver vor dem Drehfeld und bei der anderen ein negativer hinter dem Drehfeld herlaufender Winkel. Die Maschine mit dem positiven Verdrehwinkel wird zum Motor, die Maschine mit dem negativen Verdrehwinkel wird zum Generator. In Abhangigkeit von der Größe des Verdrehwinkels steigt die daraus resultierende EMK und somit das durch den Prüfling fließende Drehmoment.

Der Verdrehwinkel wird durch das dazwischen gekuppelte Vorlauf-/- Nachlaufgetriebe (3) gebildet. Das Getriebe hat eine Eintriebswelle (11) und eine Abtriebswelle (11), die separat gelagert sind und über die Schiebekupplung (8) miteinander verbunden sind. Beide Wellen haben im Bereich dieser Schiebekupplung ein zueinander gegenläufiges Steilgewinde (gegenläufige Schrägverzahnung). Die Schiebekupplung (8) kann mittels eines Hydraulikzylinders (10) über eine Schiebeklaue (9), die in eine Nute der Schiebekupplung (8) greift, in beide Richtungen verschoben werden. Dadurch werden die beiden Wellen zueinander rechts- oder linksdrehend verdreht. Während der Prüfung und ohne Drehrichtungswechsel des Prüfstandes kann also die Momentenrichtung gewechselt werden, indem die Schiebekupplung aus der beispielsweise rechten Position über die Nullage in die linke Position verschoben wird.

Eine Besonderheit dieses Prüfsystems ist darin zu sehen, daß mit Hochspannungs-Synchronmaschinen gearbeitet werden kann, weil sie - im Falle selbsterregter Maschinen - völlig unabhängig von einem externen Netz arbeiten können. Dieses ist interessant bei sehr großen Leistungen im Megawattbereich, weil andererseits bei Niederspannung die Kabelquerschnitte sehr groß werden.

Ein ähnlicher, nach gleichem Grundprinzip arbeitender Prüfstand wird mit Bild 2 dargestellt. Bei diesem System steht die Synchronmaschine (1) auf einem schwenkbaren Tisch, dabei erfolgt die Drehung des Tisches mittels eines hydraulischen oder anderweitig angetriebenen Mechanismus um die Mittelachse der Synchronmaschine. Es wird also der Stator der Maschine (1) gegenüber dem Stator der Maschine (4) um den erforderlichen Verdrehwinkel verdreht. Damit wird der gleiche Effekt erreicht wie bei der oben beschriebenen Verdrehung der Läuferwellen.

Es ist auch möglich, nach dem gleichen Prinzip Synchronmaschinen selbst zu prüfen. Bild 3 zeigt einen derartigen Prüfstandsaufbau, bei dem die beiden Synchronmaschinen (1) und (4) über ein dazwischen liegendes Vorlauf-/- Nachlaufgetriebe (3) miteinander über Kupplungen (2) verbunden sind. Ein Verlustleistungsantrieb (6), beispielsweise ein einfacher Käfigläufermotor bringt das System auf die gewünschte Prüfdrehzahl.

5. Die erzielbaren technischen und wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung

Es ist möglich, auf ein und demselben Prüfstand ein großes Spektrum an unterschiedlichsten Prüflingen zu testen, vorausgesetzt, sie haben die gleiche Eingangs- und Ausgangsdrehzahl. Getriebe müssen also paarweise geprüft werden. Die elektrische Ausrüstung des Prüfstandes ist - besonders bei hohen Leistungen - vergleichsweise gering, da der zur Überwindung der Verluste erforderliche Antrieb nur ca. 10% der Prüfleistung verlangt. Die Energierückgewinnung beträgt also bis zu 90%.

Claims

1. Prüfstand für Getriebe und andere Bauteile, wie Kupplungen und ähnlichen entsprechend Bild 1, bei der auf der Antriebsseite und auf der Abtriebseite zwei identische Synchronmaschinen (1) und (5) mit dem Prüfling (4) gekuppelt sind und eine der Maschinen das Antriebsmoment als Motor und die andere Maschine das Gegenmoment als Generator erbringt dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Synchronmaschinen miteinander über Kabel (7) verbunden sind und somit ein in sich geschlossenes Drehstromnetz bilden und das System über einen als Verlustleistungsantrieb arbeitenden Drehstrommotor (6), beispielsweise Käfigläufer-Kurzschlußmotor oder anderen Motor angetrieben wird,
daß der für die Erwirkung einer elektromotorischen Kraft (EMK) erforderliche Verdrehwinkel zwischen den beiden Läuferwellen mittels eines Vorlauf-/- Nachlaufgetriebes erreicht wird. Dieses Getriebe hat eine Eintriebswelle (11) und eine Abtriebswelle (12), die über eine Schiebekupplung miteinander verbunden sind. Die beiden im Getriebe befindlichen Enden der Ein- und Abtriebswelle haben gegenläufige Steilgewinde bzw. Schrägverzahnungen, so daß bei Verschieben der Schiebekupplung mittels eines Hydraulikzylinders (10) oder einer anderen Verstelleinrichtung über eine Schiebeklaue (9) die beiden Wellen (11) und (12) zueinander verdreht werden und somit auch die Läuferwellen mit ihren Polen der Synchronmaschinen (1) und (5) entsprechend verdreht werden. Dadurch entsteht zwischen den Läuferpolen und dem Drehfeld der jeweiligen Synchronmaschine positiver bzw. negativer Verdrehwinkel. Die Maschine mit dem positiven (vorlaufenden) Verdrehwinkel wird zum Motor des Systems, die andere Maschine mit dem negativen (nachlaufenden) Verdrehwinkel wird zum Generator.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nach Bild 2 der Verdrehwinkel mittels eines Schwenktisches erzeugt wird, auf dem eine der beiden Synchronmaschinen montiert ist, wobei der Schwenktisch die Synchronmaschine um ihre eigene Mittelachse drehen kann und somit der Verdrehwinkel zwischen den beiden Statoren der Synchronmaschinen geschaffen wird.