DE4239096A1 - Antriebsmaschine zur Simulation von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsmaschine zur Simulation von Verbrennungsmotoren an Prüfständen zur Prüfung von Rota­ tionseinheiten.

Eine solche Antriebsmaschine ist aus der EP 0274 052 B1 be­ kannt. Verbrennungsmotoren erzeugen Drehschwingungen, die auf nachgeordnete, abtriebsseitige Baueinheiten übertragen oder überlagert werden. Die Drehschwingungen entstehen durch wech­ selnde Gaskräfte und Massenkräfte sowie durch unregelmäßige Zündungen im Verbrennungsmotor. Verbrennungsmotoren erfordern einen hohen irreversiblen Energieeinsatz und verursachen eine hohe Belastung der Umwelt durch Gas- und Schallemissionen. Deshalb ist es unerwünscht, Verbrennungsmotoren bei Prüfstän­ den zu verwenden. Jedoch müssen die Prüfstände bei gleichen Betriebssituationen betrieben werden, wie die zu testende Ro­ tationseinheit in der Praxis benutzt wird. Zu testende Rota­ tionseinheiten sind bspw. Getriebe von Kraftfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen, welche üblicherweise von Verbrennungs­ motoren angetrieben werden. Zu testende Rotationseinheiten können aber auch Teile von solchen Getrieben sein, bspw. Zahnräder, Wellen, Kupplungen und Lager.

Aus der deutschen Patentschrift DE 34 24 923 C2 (=US 4.615212) ist ein Verspannprüfstand mit einer Verspannkupplung be­ kannt, welche in ein Zahnrad integriert ist. Der Verspann­ prüfstand bildet mit der Verspannkupplung einen in sich ge­ schlossenen Antriebskreis, in welchem durch die Verspannkupp­ lung verschiedene Drehmomente und Drehmomentschwingungen er­ zeugt werden können. Weitere Prüfstände ähnlicher Art sind aus den veröffentlichten deutschen Patentanmeldungen 35 01342 und 36 23 264 bekannt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine An­ triebsmaschine zur Simulation von Verbrennungsmotoren an Prüfständen zu schaffen, mit welcher für viele Anwendungen, z. B. für Getriebeprüfstände, wirklichkeitsgetreue Bedingungen am Prüflingseingang erfüllt werden können, insbesondere Dreh­ schwingungen wirklichkeitsgetreu wie die von Verbrennungsmo­ toren erzeugt werden, ohne auf die charakteristischen Eigen­ schaften vom Verbrennungsmotor verzichten zu müssen, wie bspw. Ungleichförmigkeit der Drehmomentabgabe, dynamischer Antrieb für instationären Zug- und Schubbetrieb, und geringe Massenträgheit.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine An­ triebsmaschine nach der Erfindung und

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch einen wesentlichen Teil der Antriebsmaschine von Fig. 1 in größerem Maßstab als Fig. 1.

Die Antriebsmaschine nach der Erfindung besteht im wesentli­ chen aus den Hauptkomponenten Antriebsmotor 2, Anpaßgetriebe 4 und Drehzylindereinheit 6. Das prinzipielle Prinzip der An­ triebsmaschine ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt im Achsialschnitt wichtige Details. Der Antriebsmotor 2 kann ein Elektromotor, ein Druckluftmotor oder vorzugsweise ein Hydraulikmotor sein. Das Anpaßgetriebe 4 besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einem ersten Zahnrad 8 und einem mit ihm in Eingriff befindlichen zweiten Zahnrad 9, die miteinander in Zahneingriff sind. Eine Welle 10 des ersten Zahnrades 8 ist über eine Kupplung 12 mit dem Antriebsmotor 2 antriebsmäßig verbunden. Das Gehäuse 14 des Antriebsmotors 2 ist an ein Getriebegehäuse 16 angeflanscht, in welchem sich das Anpaßgetriebe 4 und die Drehzylindereinheit 6 befinden. Das zweite Zahnrad 9 ist ein Zahnkranz, in welchem koaxial die Drehzylindereinheit 6 untergebracht ist. Die Drehzylin­ dereinheit 6 besteht im wesentlichen aus einem Drehzylinder 18 und einem koaxial darin untergebrachten Drehkolben 20. Zwischen dem Drehzylinder 18 und dem Drehkolben 20 ist eine Vielzahl von in Umfangsrichtungen verteilten Druckkammern 22 gebildet, in welche Druckfluid, vorzugsweise Druckflüssigkeit der Art eingebracht werden kann, daß der Drehkolben 20 rela­ tiv zum Drehzylinder 18 verspannt wird und gegebenenfalls Drehschwingungen ausführt. Der Zahnkranz 9 ist mit dem Dreh­ zylinder 18 drehfest verbunden, bspw. indem der Zahnkranz 9 und der Drehzylinder 18 entsprechend Fig. 2 zusammen aus ei­ nem einzigen Materialstück gebildet sind. Durch diene ein­ stückige Ausbildung und die koaxiale Anordnung der Drehzy­ lindereinheit 6 mit dem Zahnkranz 9 bilden diese beiden zusammen eine kompakte kleine Einheit mit kleiner Masse. Der Drehzylinder 18 und der Drehkolben 20 der Drehzylindereinheit 6 sind in Gehäuseteilen 24 und 26 auf der einen axialen Seite durch ein Rollenlager 28 und auf der anderen axialen Seite durch ein Kugellager 30 drehbar gelagert. Der Rotationskolben 20 ist durch eine mit ihm einstückig gebildete Welle 32 mit einem Abtriebsflansch 36 drehfest verbunden und über zwei weitere Kugellager 38 in dem einen Gehäuseteil 24 drehbar ge­ lagert. Zur Messung des von der Antriebsmaschine übertragenen Drehmoments ist eine Drehmomentmeßeinrichtung 40 vorgesehen, bspw. in Form von Dehnungsmeßstreifen, welche auf die Welle 32 aufgebracht sind. Die von den Dehnungsmeßstreifen 40 er­ zeugten Meßsignale werden drahtlos über eine Telemetrieein­ richtung 42 auf einen nichtrotierenden Empfänger 44 der Telemetrieeinrichtung 42 übertragen, welcher sich auf dem ortsfesten Gehäuseteil 24 befindet. Der Sender 46 der Te­ lemetrieeinrichtung 42 kann bspw. eine Spule, also ein Induk­ tivgeber sein, und befindet sich auf einem Wellenteil des Abtriebsflansches 36. Er könnte sich auch unmittelbar auf der Welle 32 befinden. Auf der vom Abtriebsflansch 36 abgewandten Seite der Drehzylindereinheit 6 ist ausreichend Platz zur Verfügung für die Zufuhr und Abfuhr des Druckfluides, bspw. Drucköls zu und von den Druckkammern 22. Hierzu ist auf die­ ser Seite der Drehzylindereinheit 6 der Drehkolben 20 in Form einer Hohlwelle 50 axial verlängert und in dieser Hohlwelle 50 befindet sich mit radialem Abstand eine weitere Hohlwelle 52, so daß durch die innere Hohlwelle 52 Druckfluid in die Druckkammern 22 zugeführt und aus den Druckkammern 22 durch den Ringraum 51 zwischen den beiden Hohlwellen 50 und 52 ab­ geführt werden kann, oder umgekehrt. Zwischen den Druckkam­ mern 22 und den durch die Holwellen 50 und 52 gebildeten axialen Kanälen verlaufen radiale Bohrungen 54 und 56 durch den Drehkolben 20.

Die Antriebsmaschine ermöglicht zusätzlich zum Drehzahlbe­ reich und Drehmomentbereich der bekannten Antriebsmaschinen mit Hilfe des innerhalb des Zahnkranzes 9 integrierten, masse- und trägheitsarmen Drehzylinders 18 und Drehkolben 20 die Überlagerung oder Induzierung von Schwingungen auf einen Prüfling innerhalb des gesamten Drehzahlbereiches des An­ triebsmotors 2. Die Drehzahl des Antriebsmotors 2 ist vor­ zugsweise regelbar. Die beiden Zahnräde 8 und 9 bilden zusam­ men ein einstufiges Stirnradgetriebe. Das Anpaßgetriebe 4 dient zur Anpassung der Drehzahlen und Trägheitsmomente der Antriebsmaschine 2 an die des simulierten Verbrennungsmotors.

Das Druckfluid, vorzugsweise Drucköl, wird über eine Hoch­ druck-Rotationsdichtung 58 über die innere Hohlwelle 52 und radiale Bohrungen 54 in die Druckkammern 22 geleitet und ver­ ursacht dadurch eine Verdrehung des Drehkolbens 20 relativ zum Drehzylinder 18 und damit auch relativ zum Zahnrad 9.

Die geringen rotierenden Massen der Antriebsmaschine sind Voraussetzung für die Realisierung hoher Drehmomentdynamik und Drehzahldynamik.

Durch die drahtlose Meßsignalübertragung der von den Deh­ nungsmeßstreifen 40 oder einer anderen Drehmomentmeßeinrich­ tung erzeugten Meßsignale durch die Telemetrieeinrichtung 42, entstehen keine störenden Drehmomente oder Materialabnut­ zungen.

Claims (2)

1. Antriebsmaschine zur Simulation von Verbrennungsmotoren an Prüfständen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - eine Drehzylindereinheit (6), welche einen Drehzy­ linder (18) und einen darin untergebrachten Dreh­ kolben (20) aufweisen, der durch Druckfluid relativ zum Drehzylinder verspannt und gewünschtenfalls in Drehschwingungen versetzt werden kann,
• - ein Anpaßgetriebe (4), welches mindestens ein erstes Zahnrad (8), das mit dem Antriebsmotor (2) antriebsmäßig verbunden ist, und mindestens ein mit diesem Zahnrad antriebsmäßig verbundenes zweites Zahnrad (9) aufweist,
• - die Drehzylindereinheit (6) ist in dem zweiten Zahnrad (9) konzentrisch untergebracht, wobei der Drehzylinder (18) der Drehzylindereinheit konzentrisch innerhalb des zweiten Zahnrads (9) an­ geordnet und mit diesem drehfest verbunden ist,
• - Abtriebsflansch (36), welcher axial versetzt zum Drehkolben (20) angeordnet und mit diesem antriebsmäßig verbunden ist,
• - eine Drehmomentmeßeinrichtung an der Rotationsein­ heit, welche mindestens durch den Drehkolben (20) und den Abtriebsflansch (36) gebildet ist,
• - eine Telemetrieeinrichtung (42) zur drahtlosen Meß­ wertübertragung von der Drehmomentmeßeinrichtung (40) auf einen ortsfesten Teil (44) der Telemetrie­ einrichtung.

2. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zahnkranz (9) und der in ihm unterge­ brachte Drehzylinder (18) zusammen aus einem einteiligen Materialstück bestehen.