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Hydrostatischer Prüfstand für Fahrzeuggetriebe
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Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Prüfstand für Fahrzeuggetriebe
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der Zeitschrift "Ölhydraulik
und Pneumatik', 1967, Seiten 419-423 als bekannt hervorgeht.
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In der zitierten Literaturstelle wird eine hydrostatische Leistungsbremse
zur Überprüfung von Schleppergetrieben beschrieben. Dabei ist die Belastungseinheit
des Prüfstandes als hydrostatische Pumpe ausgebildet, die über ein Drosselventil
mehr oder weniger stark belastet wird. Angestrebt wird mit dieser Anordnung die
Möglichkeit, bei sehr geringen Abtriebsdrehzahlen des zu untersuchenden Getriebes
hohe Belastungsmomente aufbringen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt eine andere Problematik zugrunde,
bei der die Wahl der Belastungseinheit an sich weniger kritisch ist. Üblicherweise
werden bei bekannten Getriebeprüfständen die zu untersuchenden Getriebe durch Elektromotoren
angetrieben. Angestrebt ist bei derartigen Getriebeuntersuchungen, daß das Massenträgheitsmoment
auf der Getriebeantriebsseite beim Prüfstand etwa genau so groß ist wie bei einem
im Fahrzeug eingebauten Getriebe, um
praxisnahe Bedingungen in dieser
Hinsicht zu haben. Zwar wäre es denkbar, das zu untersuchende Getriebe gemeinsam
mit dem zugehörigen Verbrennungsmotor im Prüfstand anzutreiben. Dies würde jedoch
einen umständlichen Wechsel auch der Antriebsmaschine bei einem Wechsel des Getriebes
erforderlich machen. Im übrigen würden dabei auch Abgas-und Lärmprobleme entstehen.
Ein moderner Getriebeprüfstand muß ohne einen Wechsel der Antriebsmaschine auskommen
können.
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Bei den üblicherweise mit Elektromotoren antriebsseitig bestückten
Getriebeprüfständen wird das im Vergleich zu dem Massenträgheitsmoment der rotierenden
Teile von Brennkraftmaschinen wesentlich größere Massenträgheitsmoment der Elektromotoren
durch ein drehzahlerhöhendes Zwischengetriebe künstlich reduziert. Trotzdem ist
auch durch eine solche Maßnahme das Massenträgheitsmoment an der Abtriebswelle des
Zwischengetriebes immer noch größer als das vergleichbarer Brennkraftmaschinen,
insbesondere dann, wenn kleinere Getriebe untersucht werden. Man versucht deshalb
durch aufwendige steuerungstechnische Kunstgriffe die Dynamik derartiger Prüfstände
zu erhöhen, so daß raschere Drehzahlsprünge möglich sind. Nachteilig hieran ist,
daß derartige steuerungstechnische Maßnahmen sehr teuer sind und auch sehr hohe
Leistungen der zugehörigen Elektromotoren voraussetzen, wie sie an sich für einen
normalen Getriebeprüflauf nicht erforderlich wären.
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Dadurch wird ein solcher Getriebeprüfstand sehr teuer.
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Nachteilig ist ferner, daß die Steuerungseingriffe zeitverzögert kommen
und in der Zwischenzeit doch ein kurzzeitiger Drehmomentstoß auftritt, der im tatsächlichen
Betrieb nicht auftreten würde. Trotz des hohen steuerungstechnischen Aufwandes sind
also keine genau der Realität
entsprechende Prüfprogramme abfahrbar.
Hierbei muß berücksichtigt werden, daß mit derartigen Getriebeprüfständen gerade
kritische Betriebszustände, die im Grenzbereich der Belastung liegen, möglichst
realitätsnah nachgefahren werden sollen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsmäßig zugrunde gelegten
hydrostatischen Getriebeprüfstand dahingehend zu verbessern, daß auch ohne regelungstechnische
Kunstgriffe das Massenträgheitsmoment der rotierenden Massen auf der Antriebsseite
klein ist, so daß auch extreme Lastprogramme realitätsnah nachvollzogen werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank der Verwendung von hydrostatischen Antriebsmotoren kann
ein sehr geringes Massenträgheitsmoment der rotierenden Massen auf der Antriebsseite
des Getriebes erzielt werden, so daß das Massenträgheitsmoment der rotierenden Massen
der zugehörigen Brennkraftmaschinen sogar unterschritten werden kann.
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Dadurch kann auch ohne regelungstechnische Kunstgriffe jedes beliebige
in der Realität auftretende Belastungsprogramm auf dem Prüfstand nachgefahren werden.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur
den schematischen Aufbau eines hydrostatischen Getriebeprüfstandes mit Hydromotoren
auf der Antriebsseite.
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Der in der Figur gezeigte hydrostatische Prüfstand dient zur überprüfung
unterschiedlicher Fahrzeuggetriebe 1; es kann sich dabei um manuell schaltbare Fahrzeuggetriebe
als auch um automatische Fahrzeuggetriebe einschließlich hydrodynamischer übertragungseinheit
handeln, bei der die einzelnen Gänge ohne Kraftflußunterbrechung schaltbar sind.
Auf der Abtriebsseite des Fahrzeuggetriebes ist eine Belastungseinheit 2 angekoppelt,
die als Bremse wirkt. Nachdem im realen Zustand im Fahrzeug auf der Abtriebsseite
des Fahrzeuggetriebes die gesamte Fahrzeugmasse als Schwungmasse wirksam ist, kann
das Massenträgheitsmoment der rotierenden Teile der Belastungseinheit relativ groß
sein; es wird ohne zusätzlichen Schwungmassen ohnehin niedriger als die wirksame
Schwungmasse sein. Aus diesem Grunde besteht für die Belastungseinheit keine besondere
Vorschrift hinsichtlich ihrer Ausgestaltungsart. Es muß nur sichergestellt sein,
daß sämtliche in der Praxis vorkommenden Kombinationen von Drehzahl und Drehmomenten
sicher mit der Belastungseinheit reproduzierbar sind.
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Die auf der Antriebsseite des Fahrzeuggetriebes 1 angeordnete Antriebsmaschine
ist erfindungsgemäß durch hydrostatische Motoren gebildet. Und zwar ist zur Erzielung
eines besonders kleinen Massenträgheitsmomentes der rotierenden Teile die zu installierende
Antriebsleistung auf zwei hydrostatische Motoren 3a und 3b aufgeteilt, die sowohl
hinsichtlich ihres Abtriebes, als auch hinsichtlich ihrer Steuerung als auch hinsichtlich
ihres hydrostatischen Zu- und Ablaufes untereinander parallelgeschaltet sind.
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Selbstverständlich kann auch ein in einem einzigen Gehäuse integrierterdoppelflutigeroder
mehrflutiger hydrostatischer
Motor verwendet werden, dessen Drehmasse
bei vorgegebener Leistung besonders klein ist. Erfahrungsgemäß geht der Durchmesser
von Rotoren stärker in die Berechnung des Massenträgheitsmomentes ein als die axiale
Abmessung. Bei den hydrostatischen Motoren 3a und 3b handelt es sich um sogenannte
Schwenkscheiben-Axialkolben-Motoren, bei denen die Axialkolben ständig parallel
zu der jeweiligen Motorwelle 6 liegen, die an beiden Stirnseiten des Motors zugänglich
ist. Die in einem solchen Hydromotor eingebaute Schwenkscheibe ist in der Neigung
zur Motorwelle 6 veränderlich. Die beiden Schwenkscheiben der beiden aneinandergekoppelten
Hydromotoren sind in der Weise aneinandergekoppelt, daß sie synchron miteinander
verschwenkt werden, was in der Zeichnung durch eine strichlierte Linie an den die
Regelglieder 4 der Hydromotoren darstellenden Pfeilenangedeutet ist.
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Bei der Drehzahlveränderung der Hydromotoren ist das Prinzip der sogenannten
Sekundärregelung angewandt, d.h., die Hydromotoren sind in der Schluckmenge veränderlich,
was durch die bereits erwähnten Regelglieder 4 angedeutet ist. Im übrigen sind die
Motoren von einer Konstantdruckquelle 5 aus gespeist, die unabhängig von der aufgenommenen
Schluckmenge einen zumindest konstanten Druck liefert. Der Ablauf der Hydromotoren
ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in den PumpensumpflO d-r Konstantdruckquelle
zurückgeleitet. Es sind auch sinnreiche hydrostatische Schaltungen denkbar, bei
denen im Falle eines simulierten Schubbetriebes - die Belastungseinheit 2 treibt
dabei zumindest vorübergehend das Fahrzeuggetriebe von hinten her an - die Hydromotoren
als Pumpe betrieben werden können, die ihrerseits hydrcstatisch über ein Regelventil
belastbar ist. Es
ist auch denkbar, den in einem solchen Pumpbetrieb
aufgebauten Druck in einen Druckspeicher zu geben, aus dem die Konstantdruckquelle
ihrer, Arbeitsdruck aufbaut. Unter Umständen liegt sogar dieser im Schubbetrieb
erzeugte Druck oberhalb des Arbeitsdruckes der Konstantdruckquelle, so daß der Förderstrom
ohne weiteres in den Arbeitscruckspeicher geleitet werden kann.(i Zwar ermöglichen
hydrostatische Motoren eie erstaunliche Leistungskonzentration, d.h., ihr Bauvolumen
ist bei einer vorgegebenen Leistung relativ klein. Trotzdem ist das Drehzahlniveau
relativ niedrig, so ddß zur Erreichung der antriebsseitig für eine Getriebeprüfung
erforderlichen Maximaldrehzahlen eindrehzahlenerhöhendes Zwischengetriebe 7 in dem
Getriebeprüfstand vorgesehen ist. Dieses dient ausschließlich dem Zweck einer Drehzahlerhöhung
nicht jedoch einer drehzahlmäßigen Reduzierung der Schwungmassen, wie es bei elektrischen
Getriebeprüfständen üblich ist. Im Gegenteil ist das Massenträgheitsmoment der rotierenden
Massen der Hydromotoren 3a und 3b einschließlich der rotierenden Massen des Zwischengetriebes
7 kleiner als das Massenträgheitsmoment der rotierenden Massen des kleinsten Verbrennungsmotores,
der zu den zu untersuchenden Getrieben gehört. Um dennoch zu realistischen Bedingungen
zu kommen, um also auf der Antriebsseite des zu prüfenden Getriebes 1 ein gleich
großes Massenträgheitsmoment wie bei der zugehörigen Brennkraftmaschine zu bekommen,
ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel an der Abtriebswelle des Zwischengetriebes
eine Zusatzschwungmasse 8 angeordnet. Es wäre auch denkbar, eine entsprechende Zusatzschwungmasse
an der antriebsseitigen Welle des Zwischengetriebes anzubringen. Wegen des höheren
Drehzahlniveaus dieser Welle würde zur Erreichung des gleichen Effektes eine kleinere
Schwungmasse ausreichen.
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Allerdings würde dadurch die Verzahnung des Zwischengetriebes
entsprechend
höher belastet werden; außerdem würde die Zusatzmasse nur über das Zahnspiel auf
die Eingangswelle des zu prüfenden Fahrzeuggetriebes 1 wirken, was in der Realität
nicht gegeben wäre.
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Selbstverständlich sind auch alle sonst noch üblichen Meßglieder am
Getriebeprüfstand vorgesehen. Stellvertretend ist hier lediglich eine Drehmoment-Meßkupplung
9 auf der Eingagsseite des zu überprüfenden Fahrzeuggetriebes 1 angedeutet. Normalweise
wird auch noch auf der Abtriebsseite des Getriebes 1 ein Drehmoment-Meßglied vorhanden
sein, was vor allen Dingen bei der Untersuchung von Schaltvorgängen an automatischen
Getrieben und bei Getrieben mit hydrodynamischen Kraftübertragungsgliedern wichtig
ist.
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Außerdem sind im Bereich der Antriebswelle und der Abtriebswelle des
zu untersuchenden Fahrzeuggetriebes Drehzahlmeßglieder vorgesehen.
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Der Vorteil der Erfindung liegt in einem einfachen, leichten und kleinen
Aufbau des Getriebeprüfstandes. Außerdem und als wesentlicher Vorteil können in
Sekundenbruchteilen sehr hohe Drehzahlveränderungen auf der Antriebsseite gefahren
werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, 12 000 U/min innerhalb einer
Sekunde aus dem Stand heraus hochzufahren und wieder auf den Stand herunterzubremsen.
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Bei elektrischen Antriebseinheiten wäre dieses nicht nur nicht in
dieser Größe erreichbar, sondern es würden bei noch wesentlich kleineren Drehzahlsprüngen
zwischendurch kurzzeitige massebedingte Drehmomentstöße auftreten, die durch eine
verzögert ansprechende Drehzahlregelung zu erklären sind. Eine solche Drehzahlregelung
ist bei einem hydrostatischen Prüfstandantrieb ebenfalls entbehrlich. Trotz funktioneller
Überlegenheit der hydrostatischen Prüfstandantriebes
ist dieser
also von den Investitionskosten und vom Bauvolumen her wesentlich günstiger als
ein elektrischer Antrieb.