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KFZ-Aggregate

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Nockenwellenprüfstand

Der Prüfstand dient zur Untersuchung der Einflüsse unterschiedlicher Konstruktionsmerkmale von Motorbauteilen, insbesondere des Nockenwellentriebes, auf die Reibleistung des Motors. Hierzu werden einzelne Bauteile des Motors (Ventiltrieb, Nockenwelle, Kurbelwellentrieb usw.) auf eine Prüflingsaufnahme montiert und von einem Motor angetrieben. Es können sowohl Einzelteile als auch ein kompletter 6-Zylinder-Motorblock aufgebaut werden.

Das Drehmoment wird mittels einer Drehmoment-Messwelle ermittelt. Der Prüfling kann von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer Antriebsdrehzahl von 8000/15000 U/min getestet werden. Die Drehzahländerung kann im Handbetrieb direkt über Potentiometer oder über vier vorwählbare Rampen erfolgen. Die Einstellung der Enddrehzahl 8000 oder 15000 U/min erfolgt durch Änderung des Riementriebes. Im Automatikbetrieb kann ein Drehzahlprogramm vom Rechner vorgegeben werden. Die Drehzahl- und Drehmoment-Messwerte können vom Rechner ausgewertet und abgespeichert werden.

Die Leistung des Antriebsmotors beträgt 34 kW. Zum Prüfstand gehört ein Ölversorgungsaggregat. Es versorgt den Prüfling mit Öl der Temperatur 20 bis 135 °C.

Der Nockenwellen-Prüfstand wird zentral über ein Steuerpult gesteuert. Auf der um 400 mm höhenverstellbaren Montageplatte können die unterschiedlichen Prüflinge montiert werden. Die Genauigkeit der Aufspannplatte entspricht der DIN 876, Güte 3. Die Abmessungen sind 800 mm x 600 mm.

Montageeinrichtung für Zylinderköpfe

Aufgabe:

Nach teilweise vorhandenen Zeichnungen einer Anlage zum Montieren von Zylinderbuchsen und Ventilsitz-Ringen aus keramischem Material muss diese Anlage fertig projektiert und mit Hilfe eines Roboters in eine vorhandene Produktionsanlage integriert werden.

Lösung:

Die aus der Waschanlage der Produktionslinie kommenden Köpfe werden mit einem Förderband in die Anlage transportiert. Dort werden sie automatisch positioniert und gespannt. Über Stapelmagazine werden die Ringe und über Trommelmagazine die Buchsen zugeführt.

Buchsen und Ringe werden in die Zylinderköpfe eingepresst und mit einem Kleber fixiert. Nach dem Einpressvorgang werden die Zylinderköpfe vom Roboter übernommen und zur Aushärtung in ein halbkreisförmiges Magazin eingelegt. Anschließend werden die Teile vom Roboter wieder aus dem Magazin geholt und gestapelt.

Die Anlage ist für den Dreischichtbetrieb ausgelegt.

Reibleistungsprüfstand

Aufgabe:

Die Prüfstände dienen zur Untersuchung der Einflüsse unterschiedlicher Konstruktionsmerkmale von Motorbauteilen auf die Reibleistung des Motors. Hierzu werden einzelne Bauteile des Motors (Ventiltrieb, Nockenwelle, Kurbelwellentrieb usw.) auf eine Prüflingsaufnahme montiert und von einem Motor angetrieben.

Es können sowohl Einzelteile als auch ein kompletter 6-Zylinder-Motorblock aufgebaut werden.

Das Drehmoment wird mittels einer Drehmoment-Messwelle ermittelt. Der Prüfling kann von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer Antriebsdrehzahl von 7000 U/min getestet werden. Die Drehzahländerung kann im Handbetrieb direkt über Potentiometer oder über vier vorwählbare Rampen erfolgen. Im Automatikbetrieb kann ein Drehzahlprogramm vom Rechner vorgegeben werden. Die Drehzahl- und Drehmoment-Messwerte können vom Rechner ausgewertet und abgespeichert werden.

Die Leistung des Antriebsmotors beträgt 47 kW. Zu den Prüfständen gehört ein Ölversorgungsaggregat, das wahlweise angesteckt werden kann. Es versorgt den Prüfling mit Öl der Temperatur 20 °C bis 135 °C.

Lösung:

Es wurden zwei verschiedene Reibleistungsprüfstände aufgebaut, die zentral über ein Steuerpult gesteuert werden können. Die wesentlichen Unterschiede bestehen in der Antriebsleistung und im Aufbau der mechanischen Konstruktion. Während der eine Reibleistungsprüfstand eine in der Höhe stufenlos über 400 mm einstellbare Montageplatte besitzt, ist beim anderen die Aufspannplatte fest installiert. Die Genauigkeit der Aufspannplatte entspricht der DIN 876, Güte 3. Die Abmessungen sind 800 mm x 600 mm.

Die Steuerung berücksichtigt folgende Betriebs- und Störmeldungen:

Störmeldungen:

  • Ölstand
  • Temperaturbegrenzer
  • Druckschalter
  • Umwälzpumpe
  • Ölpumpe
  • Ölfilter
  • Druckschalter Zulauf
  • Druckschalter Kühlwasser
  • Gesamtstörmeldung an den Prüfständen

Alle Störmeldungen führen während des normalen Betriebs zur Abschaltung der Anlage.

Mit Digitaltechnik und Anzeige wird folgendes gemessen:

  • Betriebsstundenzähler
  • Temperatur (Umwälzpumpe oder Prüflingsvorlauf)
  • Vorlaufdruck
  • Temperatur Prüfling
  • Drehzahl
  • Drehmoment

Schnittstelle Prüfstand/Rechner:

  • Hand/Automatik
  • Prüflingsstart
  • Antriebsdrehzahl
  • Störung
  • Messwerte
  • Drehzahl
  • Drehmoment
  • Prüflingstemperatur
  • Öldruck

Engine Friction Rig:
Drehmoment: 50 Nm bei 3500 U/min.
Drehzahl: 100 bis 7000 U/min.

Valve Train Rig:
Drehmoment: 130 Nm bei 3500 U/min.
Drehzahl: 100 bis 7000 U/min.

Die Drehmoment-Messeinrichtung besitzt die Genauigkeitsklasse 0,2. Die Komponenten des Rechners werden nach Kundenforderung zusammengestellt.

Aufbau der Klimakammer

Aufbau der Klimaeinrichtung

Das Umlufttemperierungsaggregat besteht aus einem in Kompaktbauweise hergestellten Schrank. Im Unterteil befindet sich das Kälteaggregat, im oberen Teil ist das Luftaufbereitungsteil eingebaut. Der Anschluss an die Prüfkammer erfolgt über flexible, isolierte Schläuche. Die Prüfkammer besteht aus am Prüfstand feststehenden und nachträglich montierbaren Wandelementen, die 120 mm stark isoliert sind. Das Temperierungsaggregat ist für eine Aufheizgeschwindigkeit von 2 °C/min. und eine Abkühlgeschwindigkeit von 1 °C/min. bei 60 kg Prüflingsmasse ausgelegt.

Bedienungsteil

Das separate Bedienungsrack (19″) ist mit einem steckbaren Kabel (20 m) mit der Truhe verbunden. Es enthält den Temperaturregler mit digitalem Sollwertgeber und digitaler Istwertanzeige sowie EIN/AUS-Schalter, Funktionskontrolllampen und Störungsanzeigen.

Technische Daten

Typ: UTA 1500/30-120 DU
Abmessungen Aggregat:
- Höhe ca. 1850 mm
- Breite ca. 1500 mm
- Tiefe ca. 1000 mm
Prüfrauminhalt: ca. 950 l
Außenabmessungen:
- Höhe ca. 1400 mm
- Breite ca. 1100 mm
- Tiefe ca. 1200 mm
Temperaturbereich: -30 °C bis +120 °C
Temperaturkonstanz: +/- 2,0 °C
Kälteaggregat wassergekühlt: 6 kW
Kältemittel (Frigen): R 502
Netzanschluss: 220/380 V / 50 Hz
Anschlussleistung: ca. 25 kVA

Motorprüfstand, fahrbar, für fertige Fahrzeuge

Aufgabe:

Zum Testen von Kfz-Motoren bis 150 kW musste ein Prüfstand entwickelt werden. Folgende Gesichtspunkte waren zu berücksichtigen:

  1. Der Prüfstand muss fahrbar sein.
  2. Der Motor muss mit der Prüfvorrichtung so gekoppelt sein, dass durch Auswechseln einer Aufnahmebrille jeder Motor (insgesamt 15 Typen) aufgeflanscht werden kann.
  3. Die Spannvorrichtung muss schnell und leicht bedienbar sein.
  4. Der Prüfstand muss bis 7.500 U/min belastbar sein.
  5. Motor und Wasserwirbelbremse müssen durch eine handelsübliche Kupplung gekoppelt und leicht entkoppelbar sein, so dass eine Schnelltrennung möglich ist.
  6. Der Motor muss ohne Starthilfe von außen startfähig sein.
  7. Der Motor muss durch eine schnell einstellbare Abstützung vorne gehalten werden können.

Folgende Testaufgaben muss der Prüfstand ausführen können:

  • Leistungsmessung (Drehmoment, Drehzahl)
  • Öltemperatur (Ein- und Ausgangstemperatur)
  • Wassertemperatur (Ein- und Ausgangstemperatur)
  • Verbrauchsmessung
  • Regelcharakteristik
  • Fahren

Lösung:

Die gesamte Prüfeinrichtung wurde auf einem Vierkant-Rohrrahmen aufgebaut, der entweder auf 4 Feststellspindeln oder – während des Fahrens – auf Gummirollen aufliegt.

Das Mittelteil des Gestells wurde für den Aufbau der Messwelle, der Lager und der Kupplung genutzt.

Im Außenteil der Kupplungslagerung wurde ein Bajonett-Verschluss angebracht, über den die jeweilige Aufnahmeplatte angebracht ist. Dadurch ist gewährleistet, dass alle Belastungen, außer der des Abtriebes vom Motor, auf den Aufbau übergeleitet werden und so eine saubere Messung möglich ist.

Auf der Rückseite ist die Wasserwirbelbremse über eine Gelenkwelle mit der Messwelle verbunden.

Auf der Prüflingsseite ist eine Abstützvorrichtung angebracht worden.

Die Vorrichtung ist in den Achsen x, y und z verstellbar.

Zur Leistungsmessung wurden folgende Einrichtungen eingebaut:

  • eine Wasserwirbelstrombremse der Fa. Schenck, Typ D 2101 E
  • eine Messung und Regelung der Öltemperatur Vor- und Rücklauf
  • eine Messung und Regelung der Wassertemperatur Vor- und Rücklauf
  • eine Kraftstoffverbrauchsmessung
  • mit der Messtechnik können 4 verschiedene Leistungsmessungsprogramme gefahren werden
  • Wirkungsgradmessung

Getriebeprüfstand

Aufgabe:

Der Prüfstand dient zur Ermittlung sowie zur Überprüfung der Regelcharakteristik von Automatikgetrieben mit hydraulischer sowie elektronischer Regelung. Hierzu werden die Prüfgetriebe bei Umgebungstemperaturen von -40 °C bis +50 °C unter Teillast beschleunigt und innerhalb des Prüfprogrammes dynamisch bestimmte Bereiche des gesamten Regel- bzw. Schaltkennfeldes durchfahren, um die Funktion der Regelung des Getriebes zu beurteilen.

Geprüft werden sowohl stufenlose Automatikgetriebe als auch Automatik-Stufengetriebe für Front- und Heckantrieb und Sondergetriebe.

Der Prüfstand soll in folgenden Betriebsarten gefahren werden können:

  • Handbetrieb
  • Automatikbetrieb statisch
  • Automatikbetrieb dynamisch
  • Fahrsimulation

Lösung:

Antriebs-Einheit

Um die hohe Drehzahl-/Drehmoment-Dynamik bei geringer Massenträgheit zu erreichen, ist der Antrieb mit sekundär geregelten Hydraulik-Antrieben ausgerüstet. Die Drehzahl des Hydro-Motors wird mittels spielfreiem Hochleistungskettengetriebe auf die notwendige Prüfstandsdrehzahl übersetzt.

Abtriebs-Einheit

Die Abtriebseinheit entspricht vom prinzipiellen Aufbau her der Antriebseinheit, jedoch ist das Abtriebsmoment max. 360 Nm. Um für die unterschiedlichen Getriebe den Versatz der Abtriebswellen ausgleichen zu können, ist die Abtriebs-Einheit auf einem stabilen Hubtisch mit Querschlitten aufgebaut.

Für das schnelle Abschalten des Prüfstandes bei NOT-HALT bzw. Prüflingsdefekt ist im Antriebs- und Abtriebsstrang eine Sicherheits-Zahnkupplung eingebaut.

Das Antriebsmoment wird mittels Drehmoment-Messwelle vom Typ T 32 (Fa. HBM) ermittelt. Um eine größtmögliche Steifigkeit bei geringer Massenträgheit des Antriebs zu erreichen, ist die Verbindung zwischen Antriebs-Einheit und Prüfling mit einem kohlefaserverstärkten Kunststoffrohr gelöst.

Für den Test von Prüflingen mit Vorderrad-Antrieb werden die beiden Seitenwellen über jeweils ein Zwischengetriebe wieder auf eine gemeinsame Antriebswelle zum Abtriebsstrang geführt.

Synchronisationsprüfstand

Aufgabe:

Es sind Getriebekomponenten und Komplettgetriebe zu untersuchen.

Die Untersuchung muss unter verschiedenen Umgebungstemperaturen erfolgen. In diesen Zuständen muss das Drehmoment, die Schaltkraft sowie die Drehzahl von An- und Abtrieb ermittelt werden können.

Die Relativbewegung der Synchronringe während eines Schaltvorganges eines Gangradpaares (1. und 2. Gang) muss getestet werden können.

Die Bremsmomente müssen über eine Belastungseinheit vorgegeben werden können.

Die Drehzahlen von An- und Abtrieb sowie Differenzdrehzahl, Schaltkraft, Schaltgabelreibmoment, Synchronisationsmoment, Synchronringbewegung und Schaltstangenbewegung müssen während des Schaltvorganges gemessen und durch einen Rechner ausgewertet werden können.

Um den Test realistischen Bedingungen zu unterziehen, wird hinter dem Elektromotor eine Schwungmasse nachgeschaltet, die die Schubkraft des Kraftfahrzeugs simulieren muss.

Lösung:

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde ein schwenkbarer Aufnahmetisch aufgebaut.

Auf diesem sitzt in einem Nutenfeld ein Aufspannwinkel, an welchem die verschiedenen Getriebetypen festgeschraubt werden können.

Im Wesentlichen besteht der Prüfstand aus:

  • Prüfstandsgestell, kippbar, mit Aufspannplatte für Prüfbox oder Komplettgetriebe
  • Antriebsstrang mit Drehmomenten-Messstelle und Schwungmasse
  • Ölversorgungseinheit
  • Gangschalteinheit mit separater Hydraulikversorgung
  • Umlufttemperierungsaggregat
  • isoliertem Prüfraum
  • Prüfbox
  • Belastungseinheit für Prüfbox
  • Kalibriermittel für die Drehmomenten-Messwelle im Antriebsstrang
  • Antriebsmotor
  • Schaltschrank für Leistungsteil
  • 19″-Schrank für Mess- und Regeleinschübe
  • Bedienpult
  • Rechner zur Messwert-Erfassung

Bedienpult

Das Bedienpult ist als Bedientableau im 19″-Schrank ausgeführt.

Rechner zur Messwert-Erfassung

Die Messdaten-Erfassung und -Auswertung wird über einen Rechner durchgeführt. Die Ausgabe der Messprotokolle erfolgt über einen Drucker.

Die digitalen Werte werden von einer Interface-Karte übernommen und in den Rechner gegeben.

Beschreibung der Einzelkomponenten

Prüfstandsgestell mit Aufspannplatte für Prüfbox oder Komplettgetriebe. Das Prüfstandsgestell ist auf einem massiven Rohrrahmen aufgebaut und nach einer Seite bis maximal 5 Grad kippbar. Die Aufspannplatte für die Prüfbox ist mit T-Nuten versehen und am äußeren Umfang mit entsprechenden Dichtlippen für die Kühlbox ausgerüstet. Die Aufspannplatte entspricht den DIN-Vorschriften und weist die entsprechende Genauigkeit auf.

Der gesamte Prüfstandsrahmen ist auf der Oberseite flächig bearbeitet nach Gütestufe 3 DIN 876.

Der Hauptantriebsmotor sitzt im Untergestell des Prüfstandes und läuft mit 3.000 U/min. Dies ergibt eine maximale Antriebswellendrehzahl von ca. 5.000 U/min.

Antriebsstrang mit Drehmomenten-Messstelle und Schwungmasse

Der Antriebsstrang sitzt auf einer Justierplatte in der Mitte des Prüffeldes und kann dort genau einjustiert werden. Die Justierung ist nach allen drei Achsen möglich.

Die Schwungmasse sitzt zwischen zwei Lagerstellen und ist für die hohen Drehzahlen ausgewuchtet und stabilisiert.

Die Antriebswelle ist dynamisch gewuchtet (Gütestufe G 2,5 nach VDI 2060).

Ölversorgungseinheit

Die Ölversorgungseinheit dient dazu, dem Getriebe entsprechend erwärmtes oder gekühltes Öl zuzuführen.

Mit dem Hydraulikaggregat können Betriebstemperaturen zwischen 20 °C und 150 °C gefahren werden.

Der Systemdruck beträgt max. 10 bar.

Mit dem Heizaggregat können verschiedene Viskositäten von Öl gefahren werden.

Das gesamte Ölaggregat wird den extremen Temperaturbedingungen und den Schwankungen der Ölsorten gerecht.

Die Aufheizzeit beträgt ca. 60 min., um eine Temperatur von 150 °C zu erreichen.

Zur Sicherheitsregelung ist ein Sicherheits-Temperaturbegrenzer mit Entriegelungstaste gemäß VDE für 0 °C bis 250 °C installiert.

Das gesamte Ölaggregat ist fahrbar ausgelegt.

Ölkreislauf- und Hydraulik-Komponenten entsprechen den höchsten Anforderungen der Hydrauliktechnik.

Die Bewegungsabläufe werden hydraulisch gesteuert und über zwei Kraft- und Wegmesseinrichtungen überwacht.

Die zur Gangschalteinheit gehörenden Messverstärker und Steuerungseinschübe sind im 19″-Schrank untergebracht.

Die Gangschalteinheit besitzt serielle Schnittstellen RS 232 zur speicherprogrammierbaren Steuerung, zum Messwert-Erfassungsrechner und eine Schnittstelle zur Programmierung des Systems über ein Handterminal.

Hydraulische Positioniereinheit

Aufgabe:

  • Hydraulischer Linearvorschub, dessen minimaler und maximaler Verstellweg elektrisch begrenzt wird
  • Die Vorschub-Geschwindigkleit soll stufenlos verstellbar sein
  • Ständige Überwachung der jeweiligen Position über den gesamten Vorschubbereich
  • Zug- und Druckkraft ist frei wählbar; der eingestellte Grenzwert ist zu überwachen

Lösung:

Mit Hilfe einer speziellen Anpassschaltung lassen sich der minimale und maximale Verstellweg unabhängig voneinander einstellen. Der Stellbereich der min. Wegbegrenzung beträgt 0 bis 50 % des gesamten Verfahrweges. Der Stellbereich der max. Wegbegrenzung beträgt 50 bis 100 % des gesamten Verfahrweges.

Anwendungsmöglichkeiten

  • Schaltgerät für Getriebeprüfstände (Schalt- und Automatikgetriebe)
  • Gaszug
  • Integration in einen Programmablauf, bei dem Ventile bzw. Schieber definiert gestellt werden müssen