DE4310528A1 - Verspannprüfstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verspannprüfstand gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Wie beispielsweise in einer Arbeit in "Antriebstechnik" 11 (1972) Nr. 9, Seiten 333 und folgende, dargelegt, bieten Verspannprüfstän­ de gegenüber Prüfständen mit Energiedurchlauf den Vorteil eines er­ heblich geringeren Energiebedarfs. Bei Einsatz servohydraulischer Schwingungserreger (Hydropuls-Drehzylinder) bieten sie die vorteil­ hafte Möglichkeit der Beaufschlagung des Prüflings mit Drehschwin­ gungen, wodurch beispielsweise hochfrequente Getriebebelastungen infolge Drehschwingungen von Brennkraftmaschinen nachgebildet wer­ den können.

Aus der gattungbildenden US-PS 3 712 127, G01M 13/02, ist ein Verspannprüfstand bekannt, der zur Prüfung des sich zwischen einem Antriebsaggregat (Brennkraftmaschine nebst Getriebe) und den Rädern eines Fahrzeugs erstreckenden Antriebsstrangs desselben dient. Die Räder bzw. die ihnen individuell zugeordneten Antriebswellen sind dabei durch eine Pumpe mit variabler Fördermenge als Bremse er­ setzt. Das Besondere an diesem Stand der Technik ist darin zu sehen, daß zusätzlich zu dieser Verspanneinrichtung ein servohy­ draulischer Drehzylinder vorgesehen ist, der zwei relativ zuei­ nander entsprechend dem Druck in Druckkammern verschwenkbare Bestandteile enthält; der Druck in den Druckkammern wird nach einem vorgegebenen Programm geregelt, so daß durch diese Zusatzeinrich­ tung ein überlagertes Wechselmoment im Prüfling mit definierter Frequenz einstellbar ist. Die Frequenz ist dabei durch die Frequenz der Druckänderungen gleichsam von außen aufgeprägt.

Ein derartiger Verspannprüfstand bietet also einerseits die Vor­ teile dieser Prüfstandsgattung, insbesondere den eines geringen Energieaufwands, ermöglicht darüber hinaus aber auch die Beauf­ schlagung und Prüfung des Prüflings mit einem überlagerten Wechselmoment.

Während in der zitierten US-Patentschrift der Prüfling durch den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gebildet ist, läßt sich ein derartiger und damit auch ein erfindungsgemäßer Prüfstand generell bei anderen Prüflingen immer dann mit Vorteil einsetzen, wenn die Prüflinge ein Drehbewegung ausführen. Als Prüflinge können also drehmomentübertragende Einrichtungen, wie Getriebe, Kupplungen oder dergleichen vorgesehen sein; die Prüfung gestattet auch eine Aussa­ ge über Verschleißerscheinungen an Bauteilen von Prüflingen, bei­ spielsweise an den Zahnoberflächen von Zahnrädern von Getrieben.

Der gattungbildende Stand der Technik besitzt jedoch den Nachteil, daß er für Lebensdauerprüfungen relativ viel Zeit erfordert.

Beispielsweise aus einer Arbeit im Schweizer Archiv Juli 1971, Sei­ ten 230 bis 233, ist eine nach dem Vollresonanzprinzip arbeitende Ermüdungsprüfmaschine bekannt. Die Prüfung erfolgt hier also nicht durch Aufprägen einer "äußeren" Frequenz, sondern durch derart geregelte Ansteuerung einer Elektromagnetanordnung, daß ein den Prüfling enthaltendes schwingungsfähiges Gebilde in seiner Reso­ nanzfrequenz schwingt. Mittels einer Feder wird ferner eine auf den Prüfling wirkende statische Vorlast erzeugt. Ein derartiger Reso­ nanzprüfstand ermöglicht Lebensdauerprüfungen mit minimalem Zeit­ aufwand und auch minimalem Energieaufwand hinsichtlich der Schwin­ gungserzeugung, gestattet jedoch keine Änderung der statischen Belastung während der Prüfung, da hierzu eine Feder dient. Auch ist nicht erkennbar, wie im einzelnen diese bekannte Ermüdungsprüfma­ schine abzuändern ist, um eine Untersuchung Rotationsbewegungen ausführender Prüflinge vornehmen zu können. Insbesondere handelt es sich nicht um einen Verspannprüfstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Verspannprüfstand so auszubilden, daß er Lebensdaueruntersuchungen mit geringerem Zeit- und Energieaufwand durchzuführen gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.

Die Erfindung vereint also nicht nur in vorteilhafter Weise die günstigen Eigenschaften von Verspannprüfständen und nach dem Reso­ nanzprinzip arbeitenden Prüfständen, sondern vereinfacht infolge der ausschließlichen Verwendung von Elektromotoren auch den erfor­ derlichen Installationsaufwand.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 den Verspannprüfstand als solchen einschließlich der elektrischen Ansteuerung der motorischen Verspanneinrichtung zeigt, während Fig. 2 den für den Torsions- Resonanzbetrieb sorgenden rückgekoppelten Regelkreis zeigt.

In beiden Figuren ist der Prüfling - hier ein Getriebe - mit 1, die mit einem Drehmoment- oder Verdrehwinkelsensor 2 versehene Drehmo­ ment - Meßwelle mit 3, der Antriebsmotor der motorischen Verspann­ einrichtung mit 4, ihr Bremsmotor mit 5 bezeichnet; diesen Elek­ tromotoren, die als Scheibenläufermotoren ausgebildet sind, zuge­ ordnete Übertragungsgetriebe tragen das Bezugszeichen 6.

Während die beiden Elektromotoren 4 und 5 demgemäß zur Erzeugung eines stationären Verspannmoments im Prüfling 1, d. h. letztlich zwischen seinen Zahnrädern, dienen, erfolgt über den auch als Schwingmotor zu bezeichnenden Elektromotor 7, dem abtriebsseitig die Schwungmasse 8 zugeordnet ist, die Einleitung eines überlager­ ten Wechselmoments in den Prüfling 1, wobei durch den noch anhand Fig. 2 zu beschreibenden rückgekoppelten Regelkreis dafür gesorgt ist, daß das aus den Läufern der verschiedenen Motoren, dem Prüf­ ling 1, der Schwungmasse 8 und auch den Drehmassen der Übertra­ gungsgetriebe 6 gebildete schwingungsfähige System in Eigenresonanz schwingt.

Betrachtet man nochmals Fig. 1, so erfolgt die Erregung der beiden Elektromotoren 4 und 5, die also teils als Antriebsmotor, teils als Bremsmotor betrieben sind, über Gleichrichteranordnungen 9 und 10, die über Drehstromtransformatoren 11 und 12 gespeist sind. Die Transformatoranordnung 12 weist verstellbare Abgriffe zur Einstel­ lung der Amplitude des Verspannmoments auf.

Zur Erzeugung der eigenfrequenten Schwingung in dem beschriebenen schwingungsfähigen System erfolgt die Ansteuerung des als Schwing­ motor zu bezeichnenden Motors 7 mit seiner Schwingmasse 8 durch einen in Fig. 2 dargestellten rückgekoppelten Regelkreis. In diesem werden die Signale des Sensors 2 an der Drehmoment-Meßwelle hinter dem Meßverstärker 13, der ein vorgegebenes Spannungsniveau an seinem Ausgang sicherstellt, gleichsam zwei parallelen Zweigen zugeführt. Der in Fig. 2 obere Zweig mit dem Anpaßverstärker 14 führt zu einem Eingang des als Multiplizierer ausgeführten Wechsel­ strom-Stellers 15, dessen anderem Eingang von dem Vergleicher 16 her ein Differenzsignal zugeführt wird. Dem einen Eingang des Ver­ gleichers 16 wird - über den Gleichrichter 17 - das Ausgangssignal des Meßverstärkers 13 als Ist-Signal zugeführt, während an dem anderen Eingang 18 ein Soll-Signal liegt; Abweichungen zwischen diesen beiden Signalen gelangen, wie gesagt, als Differenzsignal zum Wechselstromsteller 15. Der nachgeschaltete Phasenschieber 19 dient zur Einstellung des den Resonanzfall kennzeichnenden Phasen­ winkels 90° zwischen Strom und Spannung, und über den Leistungsver­ stärker 20 gelangt das Ausgangssignal des Phasenverschiebers 19 als Erregerstrom bzw. Erregerspannung zum Elektromotor 7.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Verspannprüf­ stand geschaffen, der unter Verwendung nur einer Energieart (elektrischer Energie) die Vorteile eines Verspannprüfstands mit denjenigen eines Resonanzprüfstands - insbesondere schnelle Prüfung unter definierter Belastung mit geringem Energieaufwand - vereint.

Claims (3)

1. Verspannprüfstand für einen im Betrieb Rotationsbewegungen aus­ führenden Prüfling, enthaltend eine eine Drehmoment-Meßwelle aufweisende motorische Verspanneinrichtung mit Antriebsmotor und Bremse, die den Prüfling antriebsmäßig zwischen sich einschlie­ ßen, zur Erzeugung eines einstellbaren Verspannmoments im Prüf­ ling sowie Mittel zur Erzeugung eines einstellbaren überlagerten Wechselmoments im Prüfling mit definierter Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspanneinrichtung zwei Elektromotoren (4, 5) enthält, von denen jeweils einer als Antriebs- und als Bremsmotor betrieben ist, und daß auch die Mittel zur Erzeugung des überlagerten Wechselmoments einen Elektromotor (7) mit einer Schwungmasse (8) enthalten, der über einen mit Signalen eines Sensors (2) an der Drehmoment-Meßwelle (3) gespeisten rückgekop­ pelten Regelkreis für Torsions-Resonanzbetrieb des die Läufer der Elektromotoren (4, 5, 7) und den Prüfling (1) enthaltenden schwingungsfähigen Systems angesteuert ist.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem An­ triebs- und/oder dem Bremsmotor (4, 5) ein Übertragungsgetriebe (6) nach- bzw. vorgeschaltet ist.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung von Scheibenläufermotoren.