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Power Train,
Research & Development · Antriebselemente-Prüfstand |
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Universität Kaiserslautern,
Antriebselemente-Prüfstand
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Hochdynamischer Antriebselemente-Prüfstand |
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Der
Lehrstuhl verfügt über einen hochdynamischen
Antriebselemente-Prüfstand mit dem es möglich ist, die
Drehungleichförmigkeits-Charakteristik verschiedener
Verbrennungsmotoren nachzuempfinden. Es handelt sich dabei um einen
Verspannungsprüfstand, bei dem eine Antriebsmaschine über den
Prüfling eine Abtriebsmaschine antreibt, die im Generatorbetrieb
gefahren wird (elektromechanische Verspannung). Dem stationären
Antriebsmoment kann dabei eine Drehungleichförmigkeit überlagert
werden. |
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Hochdynamischer Antriebselemente-Prüfstand mit Messtechnik |
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Elektrische Maschinen:
Als Antriebsmaschine kommt eine hochdynamische wassergekühlte
Drehstrom-Asynchronmaschine zum Einsatz. Die Maschine wurde speziell
für die Simulation von verbrennungsmotor-typischen
Drehungleichförmigkeiten entwickelt. Sie zeichnet sich durch ein
besonders geringes Rotorträgheitsmoment sowie ein großes
Antriebsmoment aus, so dass sehr hohe Winkelbeschleunigungen erzielt
werden können. Mit einer Leistung von 220 kW und einer Drehzahl von
bis zu 9000 min-1 deckt sie den für viele PKW-Motoren üblichen
Leistungs- und Drehzahl-Bereich ab.
Als Abtriebsmaschine kommt eine
drehmomentstarke wassergekühlte Asynchronmaschine zum Einsatz. Mit
einer Leistung von 200 kW und einem Drehmoment bis 610 Nm ist sie
auf den Verspannungsbetrieb mit der Antriebsmaschine hin abgestimmt.
Kennlinie der eingesetzten Antriebsmaschine |
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Technische Daten: |
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hochdynamischer
Antrieb |
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Leistung |
220 |
kW |
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Drehmoment |
380 /
233 |
Nm |
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Drehzahl |
5.540 /
9.000 |
1/min |
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Rotorträgheitsmoment |
0,1 |
kgm² |
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Antrieb |
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Leistung |
200 |
kW |
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Drehmoment |
400 /
547 |
Nm |
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Drehzahl |
4.685 /
6.060 |
1/min |
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Rotorträgheitsmoment |
0,3 |
kgm² |
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Automatisierung |
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Automatisierungssystem |
DynoTest |
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Feldbus
( Prüfstand) |
CAN (CANopen) |
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Drehungleichförmigkeit und Verbrennungsmotorensimulation:
Die Verbrennungs-Motor-Nachbildung mit ihren kurzzeitigen
Momentenspitzen aus den Kolben-Arbeitshüben wird dadurch
bewerkstelligt, dass die aus dem 4-Takt-Prozess entstehenden
Motorordnungen entsprechend der Zylinderzahl durch mehrere
drehzahlproportionale Sinusschwingungen im Umrichter überlagert und
zum inneren Motormoment addiert werden. Somit kann die
Charakteristik von 1- bis hin zu 8-Zylinder-Maschinen mit der
hochdynamischen Antriebsmaschine nachempfunden werden.
Die dynamische Belastung des Prüflings kann aber auch über eine
externe dynamische Sollwertvorgabe (z.B. beliebiger Kurvenverlauf in
Form eines Spannungssignals) erfolgen. Somit kann ein
Antriebselement anhand von Messdaten aus einem real vorliegenden
Antriebssystem untersucht werden (z. B. Anregung durch die
„gefilterte“ Drehungleichförmigkeit eines
Zweimassenschwungrads).Zusätzlich ist es möglich, einer stationären
Drehbewegung auch eine einzelne drehzahlunabhängige Sinusschwingung
mit vorgebbarer Amplitude und Frequenz (>300 Hz) zu überlagern.
Somit kann für einen Prüfling ein Frequenzgang bis in hohe
Frequenz-Bereiche hinein unabhängig von dem stationär überlagerten
Drehmoment ermittelt werden. |
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FFT-Analyse Verbrennungsmotorensimulation 4-Zylinder 2500 1/min |
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Messtechnik:
Zur hochauflösenden Drehwinkel-Messung kommen zwei
Laservibrometer zum Einsatz, mit denen der ein- und
ausgangsseitige Drehwinkel eines Antriebselements gemessen
werden kann. Somit lassen sich sowohl das dynamische
Übertragungsverhalten als auch die jeweilige Dämpfung eines
Elements direkt messtechnisch bestimmen.
Die Torsionsmoment-Messung erfolgt mit zwei an- und
abtriebsseitig angebrachten
Zweibereichs-Drehmoment-Messflanschen (Messbereich 1 bis 200
Nm, Messbereich 2 bis 1000 Nm). Ein separater
Messdatenerfassungs-PC ermöglicht die Verarbeitung von zehn
hoch- und vier niederfrequenten Messkanälen. |
Einsatzgebiete:
Mit dem Antriebselemente-Prüfstand können Antriebselemente
unter dem speziellen Einfluss von Torsionsschwingungen auf
ihr frequenzabhängiges Übertragungsverhalten hin untersucht
werden. Im Gegensatz zu statischen Steifigkeits-Messungen
können Untersuchungen unter realistischen Momenten- und
Drehzahlbelastungen durchgeführt werden. Die vorhandene
Messtechnik ermöglicht die Ermittlung des dynamischen
Übertragungsverhaltens des Antriebselements, ebenso wie die
Messung der dynamischen Steifigkeit, von Dämpfungsgrößen
oder des Akustikverhaltens (z.B. Getrieberasseln). |
Mögliche Untersuchungsobjekte:
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Riementriebe,
Kettentriebe, Steuertriebe
-
Drehsteife Kupplungen,
drehweiche Kupplungen, Freiläufe
-
Torsionsschwingungsdämpfer, Zweimassen-Schwungräder
-
Nebenaggregate unter
Torsionsschwingungsbelastung
-
Zahnradgetriebe,
Hinterachsgetriebe
-
CVT-Getriebe,
hydrodynamische Wandler
-
Tilger
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Flyer:
Anlagenbeschreibung (PDF) |
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