WO2022069103A1 - Prüfstand für einen motor - Google Patents

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WO2022069103A1
WO2022069103A1 PCT/EP2021/072388 EP2021072388W WO2022069103A1 WO 2022069103 A1 WO2022069103 A1 WO 2022069103A1 EP 2021072388 W EP2021072388 W EP 2021072388W WO 2022069103 A1 WO2022069103 A1 WO 2022069103A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
engine
test stand
shaft
measuring device
loading system
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/072388
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Huber
Original Assignee
PID test & engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PID test & engineering GmbH filed Critical PID test & engineering GmbH
Priority to EP21762023.6A priority Critical patent/EP4222469A1/de
Publication of WO2022069103A1 publication Critical patent/WO2022069103A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus

Definitions

  • the invention relates to a test stand for an engine according to the preamble of claim 1.
  • Test benches for engines are known from the prior art. In particular, they are used to determine characteristic curves and numbers. To do this, the speed and torque of the engine to be tested are measured. The output power can then also be calculated from these measured values. Depending on the specification, other measured variables are also determined, in particular the input power, calculated from the input current and the input voltage or the fuel consumption, the composition of the exhaust gases, the noise development, vibrations, the temperature behavior and/or the bending moment. In addition to determining the characteristic curves and numbers, the test can be used to check compliance with legal limit values, for internal quality checks, for production checks, to identify errors and/or for research and development. The characteristic curves and numbers can be determined as a selective recording under specified boundary conditions for endurance tests or after dynamic cycles. Of particular interest is the torque ratio to the speed for a given input parameter, such as the input power, the input current and/or the input fuel supply.
  • a test stand for determining the speed and torque behavior of a motor comprises the replaceable motor to be tested, an intermediate bearing, a compensating coupling, a torque measuring device and a load system.
  • the purpose of the intermediate bearing is in particular, but not exclusively, to absorb forces that arise as a result of damage to the engine under test, thus protecting the torque measuring device, one or more other sensitive measuring devices and/or the loading system from damage. It is also used to accurately align the shaft connecting the flexible coupling to the engine under test in order to protect the flexible coupling from bending moments that could damage it.
  • the task of the compensating coupling is to compensate for alignment and positioning errors between the intermediate bearing and the loading system.
  • the loading system must absorb the torque generated by the engine to be tested, in particular the maximum torque generated by the engine to be tested, and dissipate it to the environment without being damaged.
  • the loading system must be suitable for the maximum speed of the engine to be tested.
  • the torque of the load system which acts as a brake for the motor to be tested, must be controllable.
  • the test bench also includes an intermediate coupling between the engine to be tested and the intermediate bearing.
  • the intermediate coupling compensates for misalignments and positioning errors between the engine to be tested and the intermediate bearing and prevents possible damage to the engine to be tested due to the misalignments and positioning errors.
  • Test benches according to the current state of the art require preparatory work after each conversion, for example when installing an engine to be tested, which in particular includes the alignment of the intermediate bearing and the loading system. This alignment must be carried out very precisely and is therefore time-consuming.
  • state-of-the-art test benches have natural torsional frequencies and harmonics that lie within the speed range to be measured.
  • test stand for an engine can be produced inexpensively, is not susceptible to faults and requires little maintenance.
  • the object of the invention is therefore to provide a test stand for an engine in order to overcome the above-mentioned difficulties and, above all, to reduce the costs for operation, adaptation to the corresponding and/or required conditions of the engine to be tested, and repair - and/or maintenance-related costs to be kept low.
  • a test stand for an engine is proposed a loading system, a torque measuring device and an intermediate bearing.
  • the test stand is characterized in that the loading system, the torque measuring device and the intermediate bearing are arranged in one assembly.
  • the basic idea of the invention is based on the attempt to increase the natural torsional frequency of the test bench as much as possible.
  • the natural torsional frequency is influenced in particular, but not exclusively, by the torsional rigidity of the shaft. It has been recognized that a shorter shaft has a higher torsional rigidity. Another influencing factor is the pitch of the shaft; the more often this has been subdivided, the lower the torsional rigidity.
  • the compensating coupling represents such a division. In order to be able to remove the compensating coupling from the structure of the test bench for an engine, a very precise alignment and positioning of the intermediate bearing to the load system is necessary.
  • the shaft can be made significantly shorter and/or in one piece and thus also more torsionally stiff, without the torque measuring device, another measuring device and/or the loading system being damaged. Due to this increased torsional rigidity, the natural torsional frequency is also significantly higher, whereby unaffected measurements are also made possible and/or facilitated in high speed ranges.
  • assembly refers to an item consisting of two or more parts and/or lower-order assemblies, called “subassembly”, which are preferably self-assembled.
  • shaft refers to a component or assembly that transmits rotary motion and torque.
  • the shaft is an elongate cylinder.
  • other geometries in particular rotationally symmetrical geometries, are also conceivable.
  • the invention makes it possible to provide a test stand for an engine that delivers precise and reliable results over wide speed ranges.
  • the test stand is also particularly robust against bending forces that are caused by damage occurring in the engine to be tested.
  • the compensating coupling that is no longer required is very sensitive to such forces.
  • the design of the test bench is shortened, which saves space.
  • the test bench also offers the advantage that it is much faster and easier to use, since time-consuming positioning and alignment work is no longer necessary. Significant costs can be saved in this way, since the downtimes of the test stand are reduced and personnel costs can also be saved.
  • the test stand is protected against damage due to incorrectly performed alignment and positioning work.
  • the assembly it is conceivable for the assembly to have a partially or completely closed housing having.
  • the housing can take on one or more functions.
  • One conceivable function is to improve road safety.
  • the assembly is protected from external influences and damage, and the environment is protected from hazards that the assembly can pose.
  • Another conceivable function is to ensure the alignment and positioning of one or more components and/or sub-assemblies of the assembly with respect to one another.
  • the term "enclosure” refers to a solid shell that encloses an object.
  • the housing can be opened and/or closed.
  • it has been recognized that it is advantageous to be able to access the assembly without having to destroy the housing. Access may be necessary in particular for maintenance, repairs and/or modifications.
  • one or more special tools and/or keys may be required to open and/or close the housing.
  • the use of one or more tools and/or keys for opening increases traffic safety, in particular with regard to unauthorized and/or unintentional opening of the housing.
  • the housing is closed in such a way that it cannot be reversed without partially or completely destroying the housing and/or components thereof. This is particularly the case when the capping by riveting, welding and/or gluing.
  • the housing surrounding the assembly is in one piece or in several pieces.
  • a multi-part housing for the entire assembly is formed from the individual housings of the subgroups, in particular the loading system, the intermediate bearing and/or the torque measuring device, by permanently connecting them.
  • the housing is formed from a tubular main body, which includes the compensating coupling, the torque measuring device and/or the electric motor and is closed at its end faces by a cover.
  • the tubular main body can be in one piece or in several pieces.
  • Another conceivable design is a one-piece housing that ends with a machine bed on which the assembly is placed.
  • the assembly and/or the housing can have at least one stiffening element.
  • a stiffening element can be used to ensure preservation.
  • the stiffening element can be made in one piece or in several pieces. It can be designed as a separate component or a subassembly of the assembly or be partially or fully integrated in the housing, as well as be part of the housing.
  • the assembly and/or the housing can have at least one, preferably at least two, three, four, five, six, seven, eight, nine, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, Have 20 or more stiffening elements.
  • the stiffening elements can be designed identically and/or differently.
  • the loading system is electrical, mechanical, magnetic and/or a combination thereof.
  • the type of loading system is arbitrary. Preferably it acts It is an eddy current brake, a water vortex brake, a hysteresis brake, a magnetic particle brake, particularly preferably an electric motor, even more preferably an electric generator and/or a combination thereof, in particular a tandem brake.
  • electric motors and in particular electric generators require little maintenance, have little friction, are robust, have a long service life, are available over a large power spectrum and are easy to regulate. In addition, it is easy to dissipate the consumed power converted into electrical energy.
  • the motor to be tested is an electric motor.
  • electric motors are particularly widespread. In electromobility in particular, there is therefore a great need for test benches for electric motors.
  • the loading system and the intermediate bearing can be connected to a shaft, with the shaft being designed in one piece or in multiple pieces.
  • the engine to be tested must be connected to the loading system in such a way that the rotational movement and the torque can be transmitted from the engine to be tested to the loading system.
  • a shaft is particularly suitable for this purpose.
  • a one-piece shaft is characterized by its high torsional rigidity. As a result, the natural torsional frequency can be further increased and the continuously continuous measuring range can be broadened.
  • the one-piece design allows the shaft to be further shortened.
  • the shaft is partially or completely designed as a hollow shaft.
  • hollow shafts have a higher natural torsional frequency compared to non-hollow shafts of the same dimensions.
  • at least one further element such as a damping element and/or a torque measuring device, preferably at least two, three, four, five, six, seven, eight, nine, 10th , 1 1 , 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more elements are accommodated.
  • a damping element reduces the torsional vibration and thus reduces the error in the measurement and/or the risk of damage.
  • hollow shaft refers to a shaft that has one or more closed and/or open cavities in its interior.
  • a particularly preferred form of a hollow shaft is a hollow cylinder.
  • the torque measuring device is integrated into the shaft, attached to the shaft and/or arranged between the shaft.
  • the integration, attachment and/or arrangement of the torque measuring device in, on and/or between the shaft enables the torque to be measured directly.
  • the measurement is exact over large areas and insensitive to external influences.
  • one or more torque measuring devices and/or parts of one or more torque measuring devices are integrated in one or more cavities.
  • the torque measuring device is a torque measuring flange, a strain gauge, a passive magnetostrictive torque sensor and/or an active magnetically inductive torque sensor.
  • the torque can be determined with any suitable torque measuring device.
  • the assembly has a bending mo- ment measuring device, in particular a shaft bending moment measuring device.
  • a specialist can draw conclusions about the condition of the engine to be tested. For example, damage can be detected on the engine to be tested, on the torque meter and/or on the shaft.
  • the bending moment measuring device preferably measures the bending moment applied to the shaft.
  • the bending moment of a motor can also be of interest to the end user, especially for large motors. Suitable measuring devices are known to those skilled in the art.
  • test stand has a
  • Speed measuring range up to 50,000 revolutions per minute. Those skilled in the art know that when testing an engine on a test bench, the speed output by the engine to be tested is as continuous as possible from zero to the maximum speed of the engine to be tested
  • the test stand particularly preferably has fewer than 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 natural torsional frequencies in this range. Even more preferably, the test stand has no natural torsional frequency in this range.
  • the speed measurement range is preferably up to 5,000 revolutions per minute, even more preferably up to 10,000 revolutions per minute, 15,000 revolutions per minute, 20,000 revolutions per minute, 25,000 revolutions per minute, 30,000 revolutions per minute, 35,000 revolutions per minute, 40,000 revolutions per minute, 45,000 Revolutions per minute or 50,000 revolutions per minute.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a test stand according to the prior art
  • FIG. 2 shows a sectional view of a test stand according to the invention.
  • the test stand 100 comprises a loading system 10, a torque measuring device 20, a compensating coupling 30, an intermediate bearing 40 and a motor 50 to be tested.
  • the arrangement stands on a machine bed 60.
  • the motor 50 is connected to the compensating coupling 30 via a first part 71 of the shaft .
  • the first part 71 of the shaft is guided through the intermediate bearing 40 .
  • the compensating coupling 30 is directly connected to the torque measuring device 20, the torque measuring device 20 in turn is connected to the loading system 10 via a second part 72 of the shaft.
  • the torque measuring device 20 is a torque measuring flange and the loading system 10 is an electric motor.
  • the loading system 10 is surrounded by a loading system housing 11 and the intermediate bearing 40 is surrounded by an intermediate bearing housing 41 .
  • the loading system 10, the torque measuring device 20, the compensating coupling 30 and the intermediate bearing 40 have an overall length 82.
  • the overall length 82 affects the torsional natural frequency of the test stand 100, with the rule that the longer the overall length 82, the lower the torsional natural frequency.
  • Fig. 1 it is easy to see that the loading system 10, the torque measuring device 20, the compensating coupling 30 and the intermediate bearing 40 each form their own assembly. They are not combined to form an assembly and therefore do not form one Object.
  • state-of-the-art test benches are surrounded by a one-part or multi-part bursting and contact protection (not shown). However, the presence of such a bursting and contact protection alone does not mean that the individual components and assemblies form an assembly.
  • Fig- 2 shows a test bench 100 according to the invention.
  • This comprises a loading system 10, a torque measuring device 20, an intermediate bearing 40 and an engine to be tested 50.
  • the arrangement stands on a machine bed 60.
  • the loading system 10, the torque measuring device 20 and the intermediate bearing 40 form one Assembly 80.
  • the assembly 80 has an overall length 82.
  • the overall length 82 of the test bench 100 according to the current state of the art (Fig. 1) is significantly greater than the overall length 82 of the assembly 80 of the test bench 100 according to the invention (Fig. 2). With otherwise identical components and assemblies, this therefore has a higher natural torsional frequency.
  • the motor 50 is connected to the torque meter 20 through a first portion 71 of the shaft, and the torque meter 20 is connected to the loading system 10 through a second portion 72 of the shaft.
  • the loading system 10 is an electric motor and the torque measuring device 20 is a torque measuring flange.
  • the loading system 10 is surrounded by a loading system housing 11, the intermediate bearing 40 is surrounded by an intermediate bearing housing 41, the torque measuring device 20 is partially surrounded by a torque measuring device housing 21.
  • the intermediate bearing housing 41 of the intermediate bearing 40 is connected to the loading system housing 11 of the loading system 10 . In addition to protecting the stiffening of the intermediate bearing 40 in relation to the loading system 10, this connection serves; as a result, displacements or rotations of the loading system 10 in relation to the intermediate bearing 40 and associated alignment and positioning errors are not possible.
  • the connection of the intermediate bearing housing 41 of the intermediate bearing 40 to the loading system housing 11 of the loading system 10 makes it clear to the person skilled in the art that the intermediate bearing 40 in particular cannot function as intended in the unassembled state, since assembly at a different location, for example directly on the machine bed 60 as in the embodiment in FIG. 1 , is not possible due to the shape of the intermediate bearing housing 41 .
  • the intermediate bearing 40, the torque measuring device 20 and the loading system 10 are thus undoubtedly arranged in an assembly 80.
  • the test stand can include an intermediate coupling between the engine 50 to be tested and the intermediate bearing 40 . This can also be integrated in the assembly 80. It is conceivable that the intermediate coupling is mounted in the intermediate bearing housing 41 . In an alternative embodiment, the intermediate coupling can be integrated in a housing that encompasses the entire assembly 80 . However, it is also conceivable that the intermediate coupling is not part of the assembly 80 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand (100) für einen Motor (50) umfassend ein Belastungssystem (10), ein Drehmomentmessgerät (20) und ein Zwischenlager (40), wobei das Belastungssystem (10), das Drehmomentmessgerät (20) und das Zwischenlager (40) in einer Baugruppe (80) angeordnet sind.

Description

Prüfstand für einen Motor
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für einen Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Prüfstände für Motoren bekannt. Sie dienen insbesondere dazu, Kennlinien und -zahlen zu ermitteln. Dazu werden die Drehzahl und das Drehmoment des zu prüfenden Motors gemessen. Anschließend kann zusätzlich aus diesen Messwerten die Ausgangsleistung berechnet werden. Je nach Vorgabe werden auch andere Messgrößen ermittelt, insbesondere die Eingangsleistung, berechnet aus dem Eingangsstrom und der Eingangsspannung bzw. dem Kraftstoffverbrauch, die Zusammensetzung der Abgase, die Geräuschentwicklung, Schwingungen, das Temperaturverhalten und/oder das Biegemoment. Neben der Ermittlung der Kennlinien und -zahlen kann der Test zur Überprüfung der Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte, zur internen Qualitätsüberprüfung, zur Produktionsüberprüfung, zur Ermittlung von Fehlern und/oder zur Forschung und Entwicklung dienen. Die Kennlinien und -zahlen können als punktuelle Aufnahme unter vorgegebenen Randbedingungen für Dauerlauftests oder nach dynamischen Zyklen ermittelt werden. Von besonderem Interesse ist das Verhältnis des Drehmoments zur Drehzahl bei vorgegebener Eingangskenngröße, wie der Eingangsleistung, des Eingangsstroms und/oder der Eingangskraftstoffzufuhr.
Ein Prüfstand zur Ermittlung des Drehzahl- und Drehmomentverhaltens eines Motors umfasst nach dem derzeitigen Stand der Technik den auswechselbaren, zu prüfenden Motor, ein Zwischenlager, eine Ausgleichskupplung, ein Drehmomentmessgerät und ein Belastungssystem. Das Zwischenlager dient insbesondere, aber nicht ausschließlich, der Aufnahme von Kräften, die infolge eines Schadens am zu prüfenden Motor entstehen, und schützt so das Drehmomentmessgerät, ein oder mehrere andere empfindliche Messgeräte und/oder das Belastungssystem vor Beschädigung. Außerdem dient es zur genauen Ausrichtung der die Ausgleichskupplung mit dem zu prüfenden Motor verbindenden Welle, um die Ausgleichskupplung vor für sie schädlichen Biegemomenten zu schützen. Aufgabe der Ausgleichskupplung ist es, Fluchtungs- und Positionierungsfehler zwischen Zwischenlager und Belastungssystem auszugleichen. Solche Fehler können insbesondere zu Beschädigungen des Belastungssystems und zu Messfehlern führen, wobei hohe Drehzahlen die Messfehler und die Gefahr der Beschädigung begünstigen. Das Belastungssystem muss das vom zu prüfenden Motor erzeugte Drehmoment, insbesondere das maximale vom zu prüfenden Motor erzeugte Drehmoment, aufnehmen und, ohne Schaden zu nehmen, an die Umgebung abführen. Außerdem muss das Belastungssystem für die vom zu prüfenden Motor maximale Drehzahl geeignet sein. Für die Erstellung von Kennlinien muss das Drehmoment des Belastungssystems, das für den zu prüfenden Motor als Bremse wirkt, regelbar sein. Weiterhin umfasst der Prüfstand nach dem derzeitigen Stand der Technik zusätzlich eine Zwischenkupplung zwischen dem zu prüfenden Motor und dem Zwischenlager. Die Zwischenkupplung gleicht Fluchtungs- und Positionierungsfehler zwischen dem zu prüfenden Motor und dem Zwischenlager aus und verhindert mögliche Beschädigungen am zu prüfenden Motor durch die Fluchtungs- und Positionierungsfehler. Prüfstände nach dem derzeitigen Stand der Technik erfordern nach j edem Umbau, beispielsweise beim Einbau eines zu prüfenden Motors, Vorarbeiten, welche insbesondere das Ausrichten des Zwischenlagers und des Belastungssystems umfassen. Diese Ausrichtung muss sehr genau erfolgen und ist deswegen zeitintensiv. Bei der Ermittlung von Kennlinien über dem gesamten Drehzahlbereich des zu prüfenden Motors hat sich gezeigt, dass Prüfstände nach dem derzeitigen Stand der Technik Torsionseigenfrequenzen und Harmonische besitzen, die innerhalb des zu messenden Drehzahlbereichs liegen. Wird eine Messung mit einer Drehzahl in der Nähe der Torsionseigenfrequenz oder deren Harmonischen gewünscht, so ist dies oftmals nicht möglich, da das Drehmomentmessgerät durch die im Prüfstand angeregten Drehschwingungen verfälschte Ergebnisse liefert. Außerdem können die angeregten Drehschwingungen Beschädigungen am Prüfstand hervorrufen.
Es besteht daher ein großer Bedarf an einem zuverlässig, sicher und störungsfrei arbeitenden Prüfstand für einen Motor, der individuell an die entsprechenden und/oder anforderungsgemäßen Bedingungen des zu prüfenden Motors anpassbar, über den gesamten Drehzahlbereich des zu prüfenden Motors exakt und gegen Beschädigungen robust und unanfällig ist. Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass der Prüfstand für einen Motor kostengünstig herstellbar, störungsunanfällig und wartungsarm ist. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Prüfstand für einen Motor bereitzustellen, um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden und um vor allen die Kosten für den Betrieb, die Anpassung an die entsprechenden und/oder anforderungsgemäßen Bedingungen des zu prüfenden Motors sowie die reparatur- und/oder wartungsbedingten Kosten gering zu halten.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache, aber wirkungsvolle Weise von einem Prüfstand für einen Motor nach der Lehre des unabhängigen Hauptanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Prüfstand für einen Motor vorgeschlagen, der ein Belastungssystem, ein Drehmomentmessgerät und ein Zwischenlager umfasst. Der Prüfstand ist dadurch gekennzeichnet, dass das Belastungssystem, das Drehmomentmessgerät und das Zwischenlager in einer Baugruppe angeordnet sind.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf dem Bestreben, die Torsionseigenfrequenz des Prüfstands möglichst weit zu erhöhen. Im Rahmen der Erfindung ist es erkannt worden, dass die Torsionseigenfrequenz insbesondere, aber nicht ausschließlich, von der Torsionssteifigkeit der Welle beeinflusst wird. Dabei ist es erkannt worden, dass eine kürzere Welle eine höhere Torsionssteifigkeit aufweist. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Teilung der Welle; j e öfter diese unterteilt wurde, desto niedriger ist die Torsionssteifigkeit. Die Ausgleichskupplung stellt eine solche Teilung dar. Um die Ausgleichskupplung aus dem Aufbau des Prüfstands für einen Motor entfernen zu können, ist eine sehr exakte Fluchtung und Positionierung des Zwischenlagers zum Belastungssystem notwendig. Eine ausreichend exakte Fluchtung und Positionierung kann j edoch nur mit unwirtschaftlich hohem Aufwand direkt auf dem Prüfstand erfolgen. Ordnet man j edoch das Belastungssystem, das Drehmomentmessgerät und das Zwischenlager in einer Baugruppe an, so muss diese Fluchtung und Positionierung des Belastungssystems, des Drehmomentmessgeräts und des Zwischenlagers, sowie möglicherweise vorhandener weiterer Unterbaugruppen und/oder Teile lediglich bei der Herstellung der Baugruppe und somit nur einmalig erfolgen, was dieses Vorgehen auch in wirtschaftlicher Hinsicht erlaubt. Die Anordnung in einer Baugruppe unterbindet die Verschiebung und/oder Verdrehung der einzelnen Komponenten und/oder Unterbaugruppen, insbesondere des Belastungssystems, des Drehmomentmessgeräts und des Zwischenlagers, zueinander. Damit kann die Welle in erheblichem Maße kürzer und/oder einteilig und damit auch torsionssteifer ausgeführt werden, ohne dass es zu Beschädigungen des Drehmomentmessgeräts, eines anderen Messgerätes und/oder des Belastungssystems kommt. Durch diese erhöhte Torsionssteifigkeit ist auch die Torsionseigenfrequenz deutlich erhöht, wodurch unbeeinflusste Messungen auch in hohen Drehzahlbereichen ermöglicht und/oder erleichtert werden.
Der Begriff „Baugruppe“ betrifft einen aus zwei oder mehr Teilen und/oder Baugruppen niederer Ordnung, „Unterbaugruppe“ genannt, bestehenden Gegenstand, wobei dieser bevorzugt in sich geschlossen montiert ist.
Der Begriff „Welle“ betrifft eine Komponente oder eine Baugruppe, die Drehbewegung und Drehmoment überträgt. Bevorzugt ist die Welle ein länglicher Zylinder. Es sind grundsätzlich aber auch andere Geometrien, insbesondere rotationssymmetrische Geometrien, denkbar.
Mittels der Erfindung ist es möglich, einen Prüfstand für einen Motor bereitzustellen, der über weite Drehzahlbereiche exakte und zuverlässige Ergebnisse liefert. Der Prüfstand ist dabei auch besonders robust gegenüber Biegekräften, die von einem im zu prüfenden Motor auftretenden Schaden verursacht werden. Insbesondere die nicht mehr benötigte Ausgleichskupplung ist sehr empfindlich gegenüber solchen Kräften. Außerdem ist die Bauform des Prüfstands verkürzt, was zu einer Platzeinsparung führt. Für den den Prüfstand Bedienenden bietet der Prüfstand zudem den Vorteil, dass eine deutlich schnellere und einfachere Handhabung ermöglicht wird, da zeitaufwändige Positionierungs- und Fluchtungsarbeiten entfallen. Auf diese Weise können erhebliche Kosten eingespart werden, da die Stillstandzeiten des Prüfstands verkürzt werden und weiterhin Personalkosten eingespart werden können. Darüber hinaus ist der Prüfstand gegenüber Schäden aufgrund von fehlerhaft ausgeführten Fluchtungs- und Positionierungsarbeiten geschützt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den Unteransprüchen dargestellt.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die Baugruppe ein teilweise oder vollständig geschlossenes Gehäuse aufweist. Dabei kann das Gehäuse eine oder mehrere Funktionen übernehmen. Eine denkbare Funktion ist die Verbesserung der Verkehrssicherheit. Dabei wird die Baugruppe vor Einflüssen und Beschädigungen von außen geschützt sowie die Umgebung vor Gefahren, die von der Baugruppe ausgehen können. Eine weitere denkbare Funktion ist die Sicherstellung der Fluchtung und Positionierung einer oder mehrerer Komponenten und/oder Unterbaugruppen der Baugruppe zueinander. Weitere denkbare Funktionen sind die Begrenzung von einem oder mehreren Fluiden, die Bereitstellung einer Struktur, die Übernahme einer tragenden Funktion, die Versteifung einer oder mehrerer Komponenten und/oder Unterbaugruppen zueinander, die Abführung von Wärme, die Bereitstellung eines Lagers für eine oder mehrere Komponenten und/oder Unterbaugruppen, insbesondere der Welle, die Gewährleistung der Standfestigkeit, die Aufnahme von Vibrationen und/oder die Bereitstellung eines optisch ansprechenden Äußeren.
Der Begriff „Gehäuse“ betrifft eine feste Hülle, die einen Gegenstand umgibt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Gehäuses ist, dass dieses öffenbar und/oder verschließbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist es erkannt worden, dass es vorteilhaft ist, Zugriff auf die Baugruppe haben zu können, ohne das Gehäuse zerstören zu müssen. Der Zugriff kann insbesondere für Wartungen, Reparaturen und/oder Modifikationen notwendig sein. Zum Öffnen und/oder Schließen des Gehäuses können in einer denkbaren Weiterbildung ein oder mehrere spezielle Werkzeuge und/oder Schlüssel notwendig sein. Der Einsatz eines oder mehrerer Werkzeuge und/oder Schlüssel zum Öffnen erhöht die Verkehrssicherheit insbesondere gegenüber unbefugtem und/oder ungewolltem Öffnen des Gehäuses. In einer anderen, alternativen Weiterbildung erfolgt die Verschließung des Gehäuses auf eine Art, dass diese nicht ohne teilweise oder vollständige Zerstörung des Gehäuses und/oder Komponenten davon rückgängig machbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Verschließen durch Nieten, Schweißen und/oder Kleben erfolgt.
Zudem ist es denkbar, dass das die Baugruppe umgebende Gehäuse einteilig oder mehrteilig ist. Dabei ist es denkbar, dass ein mehrteilig ausgeführtes Gehäuse für die gesamte Baugruppe aus den einzelnen Gehäusen der Untergruppen, insbesondere des Belastungssystems, des Zwischenlagers und/oder des Drehmomentmessgeräts, gebildet wird, indem diese dauerhaft verbunden werden. In einer anderen denkbaren Ausführungsform wird das Gehäuse aus einem rohrförmigen Hauptkörper gebildet, der die Ausgleichskupplung, das Drehmomentmessgerät und/oder den Elektromotor umfasst und an seinen Stirnseiten durch einen Deckel geschlossen ist. Der rohrförmige Hauptkörper kann einteilig oder mehrteilig sein. Eine ebenfalls denkbare Ausgestaltung ist ein einteiliges Gehäuse, das mit einem Maschinenbett, auf dem die Baugruppe platziert ist, abschließt.
In noch einer Weiterbildung ist es denkbar, dass die Baugruppe und/oder das Gehäuse mindestens ein Versteifungselement aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass die präzise Ausrichtung des Zwischenlagers, des Drehmomentmessgeräts und des Belastungssystems und der Erhalt dieser Ausrichtung essentiell für die Erfindung ist. Der Erhalt kann mithilfe eines Versteifungselements gesichert werden. Das Versteifungselement kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden. Es kann als ein eigenes Bauteil oder eine Untergruppe der Baugruppe ausgebildet oder teilweise oder vollständig im Gehäuse integriert sein, sowie Teil des Gehäuses sein. Die Baugruppe und/oder das Gehäuse können mindestens ein, bevorzugt mindestens zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, 10, 1 1 , 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr Versteifungselemente aufweisen. Die Versteifungselemente können dabei identisch und/oder unterschiedlich ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt ist es denkbar, dass das Belastungssystem elektrisch, mechanisch, magnetisch und/oder eine Kombination daraus ist. Grundsätzlich ist die Art des Belastungssystems beliebig. Bevorzugt handelt es sich um eine Wirbelstrombremse, eine Wasserwirbelbremse, eine Hysteresebremse, eine Magnetpulverbremse, besonders bevorzugt um einen Elektromotor, noch mehr bevorzugt um einen Elektrogenerator und/oder eine Kombination, insbesondere eine Tandembremse, daraus. Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass Elektromotoren und insbesondere Elektrogeneratoren wartungsarm, reibungsarm, robust, langlebig, über ein großes Leistungsspektrum erhältlich und gut regelbar sind. Außerdem ist es einfach, die in elektrische Energie umgewandelte, aufgenommene Leistung abzuführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung handelt es sich bei dem zum prüfenden Motor um einen Elektromotor. Grundsätzlich ist es beliebig, welche Art von Motor auf dem Prüfstand getestet wird. Elektromotoren haben j edoch eine besonders große Verbreitung. Insbesondere in der Elektromobilität besteht daher ein großer Bedarf an Prüfständen für Elektromotoren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es denkbar, dass das Belastungssystem und das Zwischenlager mit einer Welle verbindbar sind, wobei die Welle einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es erkannt worden, dass der zu prüfende Motor mit dem Belastungssystem in einer Weise verbunden sein muss, dass die Drehbewegung und das Drehmoment vom zu prüfendem Motor auf das Belastungssystem übertragen werden können. Dazu eignet sich insbesondere eine Welle. Eine einteilige Welle zeichnet sich durch ihre hohe Torsionssteifigkeit aus. Dadurch kann die Torsionseigenfrequenz weiter erhöht werden, und der kontinuierlich durchgehende Messbereich weiter gefasst werden. Außerdem ermöglicht die Einteiligkeit eine weitere Verkürzung der Welle. Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Welle mehrteilig auszugestalten, da so beispielsweise ein Drehmomentmessgerät in die Welle integriert werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, dass die Welle teilweise oder vollständig als Hohlwelle ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass Hohlwellen verglichen mit nicht hohlen Wellen gleicher Abmessung eine höhere Torsionseigenfrequenz haben. In einer Weiterbildung ist es zudem denkbar, dass in einem oder mehreren Hohlräumen in der Welle mindestens ein weiteres Element, wie ein Dämpfungselement und/oder ein Drehmomentmessgerät, bevorzugt mindestens zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, 10, 1 1 , 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr Elemente unterbracht sind. Ein Dämpfungselement vermindert die Torsionsschwingung und verringert somit den Fehler in der Messung und/oder die Gefahr von Beschädigungen.
Der Begriff „Hohlwelle“ betrifft eine Welle, die in ihrem Inneren einen oder mehrere geschlossene und/oder offene Hohlräume aufweist. Eine besonders bevorzugte Form einer Hohlwelle ist ein Hohlzylinder.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es zudem denkbar, dass das Drehmomentmessgerät in die Welle integriert, an der Welle angebracht und/oder zwischen der Welle angeordnet ist. Die Integration, Anbringung und/oder Anordnung des Drehmomentmessgeräts in, an und/oder zwischen der Welle ermöglicht die direkte Messung des Drehmoments. Dadurch ist die Messung über weite Teile hinweg exakt und unempfindlich gegen äußere Einflüsse. In einer noch mehr bevorzugten Weiterbildung sind in einem oder mehreren Hohlräumen ein oder mehrere Drehmomentmessgeräte und/oder Teile eines oder mehrerer Drehmomentmessgeräte integriert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Drehmomentmessgerät ein Drehmomentmessflansch, ein Dehnungsmessstreifen, ein passiver magnetostriktiver Drehmomentsensor und/oder ein aktiver magnetisch induktiver Drehmomentsensor. Grundsätzlich kann das Drehmoment j edoch mit j edem geeigneten Drehmomentmessgerät ermittelt werden.
In einer Weiterbildung ist es denkbar, dass die Baugruppe ein Biegemo- mentmessgerät, insbesondere ein Wellenbiegemomentmessgerät, umfasst. Aus dem Biegemoment kann ein Fachmann Rückschlüsse auf den Zustand des zu prüfenden Motors ziehen. Beispielsweise lassen sich Schäden am zu prüfenden Motor, am Drehmomentmessgerät und/oder an der Welle erkennen. Bevorzugt misst das Biegemomentmessgerät das an der Welle anliegende Biegemoment. Außerdem kann das Biegemoment eines Motors auch für den Endbenutzer, insbesondere bei großen Motoren, von Interesse sein. Geeignete Messgeräte sind dem Fachmann bekannt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung hat der Prüfstand einen
Drehzahlmessbereich bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute. Dem Fachmann ist bekannt, dass bei der Prüfung eines Motors auf einem Prüfstand die vom zu prüfenden Motor abgegebene Drehzahl möglichst kontinuierlich von Null bis zur maximalen Drehzahl des zu prüfenden
Motors erhöht wird. Besonders bevorzugt weist der Prüfstand in diesem Bereich weniger als 2, 3 , 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Torsionseigenfrequenzen auf. Noch mehr bevorzugt weist der Prüfstand in diesem Bereich keine Torsionseigenfrequenz auf. Der Drehzahlmessbereich beträgt bevorzugt bis 5.000 Umdrehungen pro Minute, noch mehr bevorzugt bis 10.000 Umdrehungen pro Minute, 15.000 Umdrehungen pro Minute, 20.000 Umdrehungen pro Minute, 25.000 Umdrehungen pro Minute, 30.000 Umdrehungen pro Minute, 35.000 Umdrehungen pro Minute, 40.000 Umdrehungen pro Minute, 45.000 Umdrehungen pro Minute oder 50.000 Umdrehungen pro Minute.
Es wird davon ausgegangen, dass die Definitionen und Ausführungen der oben genannten Begriffe für alle in dieser Beschreibung und im Folgenden beschriebenen Aspekte gelten, sofern nichts anderes angegeben ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die j eweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausfüh- rungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktion einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Prüfstands nach dem Stand der Technik, und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Prüfstands.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Prüfstands 100 nach dem derzeitigen Stand der Technik. Der Prüfstand 100 umfasst ein Belastungssystem 10, ein Drehmomentmessgerät 20, eine Ausgleichskupplung 30, ein Zwischenlager 40 und einen zu prüfenden Motor 50. Die Anordnung steht auf einem Maschinenbett 60. Der Motor 50 ist mit der Ausgleichskupplung 30 über einen ersten Teil 71 der Welle verbunden. Der erste Teil 71 der Welle wird durch das Zwischenlager 40 geführt. Die Ausgleichskupplung 30 ist direkt mit dem Drehmomentmessgerät 20 verbunden, das Drehmomentmessgerät 20 ist wiederum über einen zweiten Teil 72 der Welle mit dem Belastungssystem 10 verbunden. In dieser Ausführungsform ist das Drehmomentmessgerät 20 ein Drehmomentmessflansch und das Belastungssystem 10 ein Elektromotor. Das Belastungssystem 10 ist von einem Belastungssystemgehäuse 1 1 und das Zwischenlager 40 ist von einem Zwischenlagergehäuse 41 umgeben. Das Belastungssystem 10, das Drehmomentmessgerät 20, die Ausgleichskupplung 30 und das Zwischenlager 40 haben eine Gesamtlänge 82. Die Gesamtlänge 82 beeinflusst die Torsionseigenfrequenz des Prüfstands 100, wobei gilt, dass j e länger die Gesamtlänge 82 ist, desto niedriger ist die Torsionseigenfrequenz. In Fig. 1 ist gut zu erkennen, dass das Belastungssystem 10, das Drehmomentmessgerät 20, die Ausgleichskupplung 30 und die Zwischenlager 40 j eweils eigene Baugruppe bilden. Sie sind nicht zu einer Baugruppe zusammengefasst und bilden somit keinen Gegenstand. In einer Weiterentwicklung werden Prüfstände nach dem Stand der Technik von einem nicht dargestellten ein- oder mehrteiligen Berst- und Berührungsschutz umgeben. Das Vorhandensein eines solchen Berst- und Berührungsschutzes allein führt jedoch nicht dazu, dass die einzelnen Komponenten und Baugruppen eine Baugruppe bilden.
Fig- 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Prüfstand 100. Dieser umfasst ein Belastungssystem 10, ein Drehmomentmessgerät 20, ein Zwischenlager 40 und einen zu prüfenden Motor 50. Die Anordnung steht auf einem Maschinenbett 60. Das Belastungssystem 10, das Drehmomentmessgerät 20 und die Zwischenlager 40 bilden eine Baugruppe 80. Die Baugruppe 80 hat eine Gesamtlänge 82.
Vergleicht man Fig. 1 mit Fig. 2 so ist es gut erkennbar, dass die Gesamtlänge 82 des Prüfstands 100 nach dem derzeitigen Stand der Technik (Fig. 1 ) deutlich größer ist als die Gesamtlänge 82 der Baugruppe 80 des erfindungsgemäßen Prüfstands 100 (Fig. 2). Somit weist dieser bei ansonsten gleichen Komponenten und Baugruppen eine höhere Torsionseigenfrequenz auf. Der Motor 50 ist mit dem Drehmomentmessgerät 20 über einen ersten Teil 71 der Welle verbunden, und das Drehmomentmessgerät 20 ist mit dem Belastungssystem 10 über einen zweiten Teil 72 der Welle verbunden. Das Belastungssystem 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Elektromotor und das Drehmomentmessgerät 20 ein Drehmomentmessflansch. Das Belastungssystem 10 ist von einem Belastungssystemgehäuse 1 1 umgeben, das Zwischenlager 40 ist von einem Zwischenlagergehäuse 41 umgeben, das Drehmomentmessgerät 20 ist teilweise von einem Drehmomentmessgerätgehäuse 21 umgeben. Das Zwischenlagergehäuse 41 des Zwischenlagers 40 ist mit dem Belastungssystemgehäuse 1 1 des Belastungssystems 10 verbunden. Diese Verbindung dient neben dem Schutz der Versteifung des Zwischenlagers 40 in Relation zum Belastungssystem 10; dadurch sind Verschiebungen oder Verdrehungen des Belastungssystems 10 zum Zwischenlager 40 und damit verbundene Fluchtungs- und Positionierungsfehler nicht möglich. Durch die Verbindung des Zwischenlagergehäuses 41 des Zwischenlagers 40 mit dem Belastungssystemgehäuse 1 1 des Belastungssystems 10 ist es dem Fachmann ersichtlich, dass insbesondere das Zwischenlager 40 im nicht montierten Zustand nicht bestimmungsgemäß funktionieren kann, da eine Montage an anderer Stelle, beispielsweise direkt auf dem Maschinenbett 60 wie bei der Ausführungsform in Fig. 1 , aufgrund der Formgebung des Zwischenlagergehäuses 41 nicht möglich ist. Das Zwischenlager 40, das Drehmomentmessgerät 20 und das Belastungssystem 10 sind damit zweifelsfrei in einer Baugruppe 80 angeordnet. In einer hier nicht dargestellten Weiterbildung kann der Prüfstand eine Zwischenkupplung zwischen dem zu prüfenden Motor 50 und dem Zwischenlager 40 umfassen. Diese kann ebenfalls in der Baugruppe 80 integriert sein. Dabei ist es denkbar, dass die Zwischenkupplung im Zwischenlagergehäuse 41 montiert wird. In einer alternativen Ausfüh- rungsform kann die Zwischenkupplung in einem die gesamte Baugruppe 80 umfassendem Gehäuse integriert sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Zwischenkopplung nicht Teil der Baugruppe 80 ist.

Claims

Patentansprüche Prüfstand (100) für einen Motor (50) umfassend ein Belastungssystem (10), ein Drehmomentmessgerät (20) und ein Zwischenlager (40), dadurch gekennzeichnet, dass das Belastungssystem (10), das Drehmomentmessgerät (20) und das Zwischenlager (40) in einer Baugruppe (80) angeordnet sind. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (80) ein teilweise oder vollständig geschlossenes Gehäuse (11, 21, 41) aufweist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 21, 41) öffenbar und/oder verschließbar ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 21, 41) einteilig oder mehrteilig ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (80) und/oder das Gehäuse (11, 21, 41) mindestens ein Versteifungselement aufweist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass das Belastungssystem (10) elektrisch, mechanisch, magnetisch und/oder eine Kombination daraus ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (50) ein Elektromotor ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass das Belastungssystem (10) und das Zwischenlager (40) mit einer Welle (71, 72) verbindbar sind, wobei die Welle (71, 72) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (71,72) teilweise oder vollständig als Hohlwelle ausgebildet ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentmessgerät (20) in die Welle (71, 72) integriert, an der Welle (71, 72) angebracht und/oder zwischen der Welle (71, 72) angeordnet ist. 16 Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentmessgerät (20) ein Drehmomentmessflansch, ein Dehnungsmessstreifen, ein passiver magnetostriktiver Drehmomentsensor und/oder ein aktiver magnetisch induktiver Drehmomentsensor ist. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (80) ein Biegemomentmessgerät umfasst. Prüfstand (100) für einen Motor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstand (100) einen Drehzahlmessbereich bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute hat.
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