DE2057347C3

DE2057347C3 - Vorrichtung zur Prüfung umlaufender Werkstücke bezüglich ihres Verhaltens bei unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten

Info

Publication number: DE2057347C3
Application number: DE2057347A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4018 Langenfeld Baumgarten; Horst 4019 Monheim Knaebel; Lothar Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf Saeemann
Original assignee: Aviatest 4000 Duesseldorf GmbH
Current assignee: Aviatest 4000 Duesseldorf GmbH
Priority date: 1970-11-21
Filing date: 1970-11-21
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2057347B2; DE2057347A1; US3754437A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung Umlaufender Werkstücke bezüglich ihres Verhaltens bei unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten.

Derartige Vorrichtungen werden benötigt, um das Verhalten der verschiedensten Maschinenelemente un ter simulierten Betriebsbedingungen zu untersuchen. Genannt seien beispielsweise Gelenkwellen, Getriebe, Fahrzeugachsen, Turbinenläufer.

Es ist bekannt, für die Drehmomentbelastung solcher Teile und die Untersuchung ihres Verhaltens den Prüfling zwischen ein Antriebsaggregat und ein Bremsaggregat zu schalten und das übertragene Drehmoment mittels Dehnmeßstreifen zu erfassen. Die Änderung des übertragenen Moments erfolgt sehr oft dadurch, daß das Bremsaggregat als elektrischer Generator oder »Bremsmotor« ausgebildet wird, dessen brem-Sendes Moment elektrisch beeinflußbar ist. Die abgegebene elektrische Leistung kann dann in das örtliche Netz zurückgespeist werden.

Über eine solche Anordnung können aber nur relativ langsame Momentänderungeti vorgenommen βο werden, und je größer die zu übertragende Leistung und damit der Bremsmotor ist, desto langsamer muß die Drehmomentänderung erfolgen wegen der zunehmenden Trägheit des Motors,

Für die Prüfung unter relativ schnellen — stoßartigen — Drehmomentbelastungen bedient man sich sogenannter Drehzylinder oder äquivalenter hydrau lischer Kupplungen. Der Prüfling wird mit einem Drehkolben verbunden, der sich über eine Hydmulikfluidsäule gegen Zwischenwandungen des Drehzylinders abstützt. Der Drehzylinder wird fest montiert, und über gesteuerte Ventile kann der Druck der Hydraulikfluidsäule stoßartig erhöhl oder abgesenkt werden. Derartige Prüfeinrichtungen sind im Handel. Es ist möglich, mit einer solchen Vorrichtung auch umlaufende Prüflinge stoßartig zu belasten. Man muß dann den angetriebenen Prüfling mit dem Drehkolben verbinden und den Drehzylinder mit umlaufen lassen; die Zufuhr des Hydraulikfluids in die Kammern aes Drehzylinders erfolgt dann über Ventile in einem Außengehäuse, welche zu entsprechenden, mit den Kammern verbundenen Ringleitungen führen. Damit die Prüfutis zutreffende Werte liefert, muß der Drehzylinder gegenüber dem Drehkolben sehr träge sein, damit sich die Hydrauliksäule »abstützen« kann; elastisches Nachgeben des Drehzylinders würde die Prüfung verfälschen. Mithin ist der Drehzylinder mit einer Schwungmasse zu verbinden, um ein möglichst grolies Trägheitsmoment vorzusehen. Dies führt aber zu Schwierigkeiten, wenn außerdem auch die Drehzahl schnell veränderbar sein muß, weil die Schwungmasse dies verhindert und damit das Drehmoment unzulässig beeinflußt würde. Darüber hinaus ist auf diese Weise auch nur eine relativ schnelle Drehmomeniänderung zu erfassen, da selbst ein sehr träges Schwungrad langsamen Drehmomentänderungen ohne weiteres folgen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung /u schaffen, die sowohl einen elektrischen Antriebs- und Bremsmotor (der Motor muß auch antreibend wirken können, damit »negative« Drehmomente dem Prüfling aufgeschaltct werden können) als auch eine hydraulische Kupplung aufweist, mit welcher Vorrichtung Prüflinge zuverlässig mit allen im Betriebsfall auftretenden Drehzahlen und Drehmomenten beaufschlagt werden können, so daß ihr Verhalten meßbar ist. Bisher konnte man ja, wie oben erläutert wurde, nur innerhalb gewisser Grenzen belasten.

Als Beispiel soll die folgende Spezifikation für eine Vorrichtung angegeben werden:

Im Drehzahlbereich η = 0 ... 500 min¹

Drehmomente Md = 0 . . . 250 kpm mit überlagerten Stoßen
von Md ■= -■; 50 kpm bei

Frequenzen
von f =-- 0 ... 150Hz

Im Drelvahlbereich η - 500 ... 2000 min¹
Md — 0 ... 70 kpm mit

derselben Drehmoment
überlagerung.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rotor des Antriebs- und Bremsmotors starr mit einem der Kupplungsteile verbunden ist und daß eine Einrichtung für die Beaufschlagung der Kupplung mit Drehmomentänderungen vorgesehen ist, bei deren Frequenz der Motor als Schwungmasse wirkt, und für die Beaufschlagung des Motors mit den Drehmomentänderungen darunterliegender Frequenz.

Die Kupplung wird man dabei im allgemeinen in der oben geschilderten, an sich bekannten Weise ausbilden; der Motor isl vorzugsweise ein Gleichstrommotor.

Per Ausdruck »starr« bedeutet selbstverständlich nicht, daß die Verbindungsteile absolut unelastisch lind, weil dies zwar erfindungsgemäß der Idealfall wäre, praktisch jedoch nicht zu verwirklichen ist. Pieser Idealfall läßt sich immer nur annähernd erreichen. Aus diesem Grunde wird man auch, wenn die Kupplung ein Drehzylinder ist, den Drehkolben mit dem Prüfling verbinden und den Zylinder selbst mit dem Motor, da dann die Verbindung nicht über eine relativ dünne Welle, sondern über massive und damit io starrere Bauteile erfolgt. Je starrer die Verbindung ist, desto geringer ist die Gefahr unerwünschter Koppelschwingungen. Solche Koppelschwingungen wären beispielsweise bei der Verbindung über auch nur kurze

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden, die schematisch eine Versuchsanlage mit der erfindungsgsmälten Vorrichtung darstellt. Die Anlage ist 5 als Regelkreis ausgelegt, bei der ein vorgegebenes Prüfprogramm als Führungsgröße dient und die jeweils gemessenen Drehmomente und Drehzahlen auf den vom Programm vorgegebenen Wert nachgeregelt

werden.

Als Prüfling dient die Hinterachskonstruktion eines Kraftfahrzeugs, man erkennt die Kardanwelle 10, das Differentialgetriebe 12 und die Gelenkwellen 14, 16 zu den anzutreibenden Hinterrädern. An die Gelenkwelle 16 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ange-

beispselsweise oei aer verDinaung UDer aucn nur Kur« wcuc i» «t u». w... .^₀-...--- vnnTrhtune

Hydraulikleitungen we_Een der mit höherem Druck i₅ schlossen dargestellt; eine gleichartige Vorncßtung zunehmenden Kompressibilität des Hydraulikfluids ist auch in nicht dargestellter Weise mit der UelenK-unvermeidlich. Bei einer mechanisch starren Verbindung jedoch liegen die Frequenzen etwaiger Koppel

schwingungen oberhalb des Arbeitsfrequenzbereiches.

welle 14 verbunden.

Sowohl von der Kardanwelle 10 wie auch von den

schwingungen ooernaiD aes /\roeusirequcn/;Dcrcn.ucb. Getriebeteilen und den Gelenkwellen führen jeweils Darüber hinaus besitzt das Drehzylindergehäuse ein ao Meßleitungen zu einem Aufzeichnungs- und Auswerhöheres Trägheitsmoment als der Drehkolben, wo- tungsgerät; Versuchsauf bau, Meßwertaufnehmer und durch in vorteilhafter Weise die Schwungmasse ver- die Verarbeitung der MeßwerU bilden keinen Gegengrößert wird. stand der Erfindung und werde»* daher in diesem

Ein Gleichstrommotor ist bevorzugt, weil sein Rotor Zusammenhang nicht näher beschrieben. Im allgemeiein wesentlich größeres Trägheitsmoment besitzt als as nen setzt man Dehnungsmeßstreifen für die Erfassung beispielsweise der einer Asynchronmaschine. Bei der der Drehmomente und Pulsgeber zur Ermittlung der letzteren ist ferner die Umsteuerung von negativem Drehzahlen ein.

auf positiven Schlupf nur mit erheblichem Aufwand Die gemessenen Werte repräsentieren den Ist-

möglich, welcher Übergang von bremsendem zu Zustand und werden über eine Rückführleitung einer antreibendem Betrieb in vielen Fällen jedoch stoßfrei 30 Steuereinrichtung 34 zugeführt, erfolgen soll. Die Vorrichtung umfaßt eine hydraulische Kupp-

Um die erheblichen Drehmomentschwankungen lung 18 in Form eines Drehkolbens 20, der abgedichtet mit der geforderten Frequenz von 150 Hz auf den in einem Drehzylinder 22 sitzt. Der Drehkolben 20 Drehzylinder schalten zu können, sind in dessen Ge- ist mit der Gelenkwelle 16 über eine Sicherheitskupphäuse gemäß einer Weiterbildung der Erfindung men- 35 lung (nicht dargestellt) verbunden, die im Falle von rere synchron steuerbare Ventile vorgesehen. Zwar Störungen die Vorrichtung außer Betrieb setzt. Die könnte man auch ein einziges, größeres Ventil verwen- Sicherheitskupplung kann auch in den Drehzylinder den, um den erforderlichen Massendurchfluß zu eingebaut sein; sie bildet keinen Gegenstand der vorermöglich.n, doch wäre die Steuerung eines so großen liegenden Erfindung. Der Drehkolben 20 kann gegen-Ventils zu träge. Andererseits müssen die Ventile 40 über dem Drehzylinder um 30" vor- oder nachlaufen;

möglichst nahe an dem Gehäuse sitzen, um die ···-·. . ^ 1 „;_nA ;-,k»r t>inf Hvdraulik-

Hydraulikfluidsäule so klein wie möglich und damit so starr wie möglich zu halten.

Die oben beispielsweise angegebenen Werte ent- unu luumiv.,, ^,.,„ „_

sprechen einer zu übertragenden Leistung von etwa 45 befindet. Die Kammern sind über schematisch darge-180 PS. Man wird versuchen, den Motor so zu wählen, stellte Ringleitungen 24 mit dem Auslaß von mehreren daß er für diese Leistung ausreicht, aber auch nicht Ventilen, von denen die beiden Ventile 26 und 28 überdimensioniert ist, also etwa einen l50kW-Motor erkennbar sind — verbunden. Die Ringleitungen 24 wählen. Bei einem solchen Motor liegt die »Grenz- und die Ventile sind in bzw. an einem feststehenden frequenz«, also die Frequenz, bis zu der die Dreh- 50 äußeren Gehäuse 30 angeordnet. Der Drehzylinder moinentenänderung am Motor aufschaltbar ist, bei selbst läuft gemeinsam mit dem Drehkolben um. Der etwa 5 Hz, wenn es sich um einen Gleichstrommotor Drehzylinder ist .starr mit dem Rotor eines Gleichhandelt. Man beaufschlagt den Motor mit den darun- strommotors 32 verbunden; es wäre auch denkbar, terliegenden Frequenzen; sehr hohe Frequenzen den Drehzyiinder selbst als Rotor des Motors aus/ukönnte man allerdings zulassen, weil die mechanische 55 bilden, doch dürfte die Ausführung nach dem darge- und elektrische Trägheit des Motors verhindert, daß stellten Beispiel zweckmäßiger sein. Der Rotor oder der Rotor schnellen Änderungen folgt. Anker des Elektromotors ist mit dem Steuergerät 34

Der Drehzylinder andererseits überträgt das gesamte verbunden, von dem auch die Ventile der Kupplung Drehmoment; er verspannt den Prüfling gegenüber gesteuert werden. An der Einlaßseitc der Ventile steht dem Motor. Der Verdrehwinkel zwischen Zylinder und 60 Hydraulikfluid unter Hochdruck. Kolben ist konstruktiv bedingt begrenzt, z. B. auf 30°. Das Steuergerät führt dem Ahker des Motors

Wenn der Prüfling sehr elastisch ist, wird dadurch der Strom zu — oder entnimmt Strom — gemäß einem gesamte Momentenbereich begrenzt. Dem Dreh- Programm, das die einzelnen Prüfbedingungen festlegt, zylinder werden nur die oberhalb 5 Hz liegenden Das Vergleichen der durch das Programm vorgege-Drehmomentenstößc aufgeschaltet, bei denen der 65 benen Sollwerte mit den zum Steuergerät 34 zurück-Motor als Schwungmasse wirksam ist. Bei langsameren geführten Ist-Werten erfolgt in der üblichen Weise DrehmomentenändfTungen würde der Rotor des und braucht deshalb hier nicht näher erläutert zu Motors folgen. werden.

über dem Drehzylinder um 30 vor- oder nachlaufe; beide Teile der Kupplung sind über eine Hydraulikfluidsäule miteinander verbunden, die sich in vier Kammern zwischen zwei Flügeln des Drehkolbens und radialen Zwischenwandungsn des Drehzylinders

d üb htisch darge

Bei der Prüfung eines Hinterachsaggregates beispielsweise muß die Gelenkwelle sowohl wie im angetriebenen Zustand belastet werden als auch unter Bedingungen, unter denen sie selbst antreibend auf das Differentialgetriebe zurückwirkt, etwa bei Bergabfahrt. Dabei sind die Größen Drehzahl, Drehmoment, Motorleistung und weitere Variable miteinander verknüpft. Das Prüfprogramm enthält nun eine dieser Variablen, vorzugsweise das Drehmoment, während die zugeordnete Drehzahl auf der (nicht dargestellten) Antriebsseite der Kardanwelle 10 variiert wird. Die Erstellung eines Programms, das der im Betrieb tatsächlich auftretenden Belastung entspricht, obliegt dem Benutzer der Vorrichtung. Das Programm kann beispielsweise auf Lochstreifen oder Magnetband gespeichert sein und wird mit den üblichen Einrich tungen in Sollgrößen für das Steuergerät 34 umgewandelt. Die Regelung selbst bildet keinen Gegenstand der Erfindung; es sei nur soviel erwähnt, daß der Motoranker über Thyratrons oder Thyristoren ge steuert wird, die auch eine Rückspeisung der Brems leistung in Form elektrischer Leistung in das Netz erlauben.

Das Steuergerät enthält eine Frequenzweiche, deren Bauart nicht erfindungswesentlich ist, um den Motor-

ίο Stromkreis nur mit solchen Drehmomentänderungen zu beaufschlagen, die unter einer einstellbaren Grenzfrequenz von bcispiclssweie 5 Hz liegen, während die höheren Frequenzen auf die Ventile geschaltet werden. Selbstverständlich kann die Frequenzaufspal tung auch bereits bei der Erstellung des Programm! erfolgen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Prüfung umlaufender Werkstücke bezüglich ihres Verhaltens bei unterschied- liehen Drehzahlen und Drehmomentbelastungen eines Prüfprogramms mit einem elektrischen Antriebs- und Bremsmotor und einer hydraulischen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Antriebs- und Bremsmotors (32) starr mit einem der Kupplungsteile verbunden ist und daß eine Einrichtung für die Beaufschlagung der Kupplung (18) mit Drehmomentänderungen vorgesehen ist, bei deren Frequenz der Motor als Schwungmasse wirkt, und für die Beaufschlagung des Motors mit den Drehmomentänderungen darunterliegender Frequenz.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (18) ein Drehzylinder ist, der mit dTn Motorrotor starr verbunden ist und in dem sich ein mit dem Prüfling starr verbundener Drehkolben (20) über eine Hydraulikfluidsäule abstützt, und daß der Drehzylinder (22) von einem Gehäuse (30) mit steuerbaren Ventilen (26, 28) umschlossen ist für die gesteuerte Veränderung des Hydraulikfluidsäulenvolumens in Abhängigkeit von dem Prüfprogramm.

3. Vorrichtung nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) eine Mehrzahl von synchron steuerbaren Ventilen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Frequenzweiche für die Auftrennung der dem Motor und der der Kupplung zuzuführenden Frequenzen.

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