Redaktionsmitteilung

Dynamometerkombination für Fahrzeugantriebe

Einleitung

Weinlich ist als Entwickler und Hersteller von Steuerungen ca. 1970 mit der Steuer- und Messtechnik zur Bremsen- und Leistungsprüfung an Fahrzeugen in Kontakt gekommen und bietet aufgrund der dabei gewonnenen Erfahrungen seit 1980 Motorleistungsprüfstände (Dynamometer) eigener Entwicklung mit den folgenden wesentlichen konstruktiven Merkmalen an:

• fundamentunabhängige Konstruktion
• weitgehende Trennung der Prüflingshalterung vom Dynamometer
• Verringerung des mechanischen Aufwands durch Rechenfunktionen in der Messsignalverarbeitung

Die Dynamometer enthalten überwiegend den MP-Computer von Weinlich, eine auf die Messsignalverarbeitung an Dynamometern und die Steuerung derselben spezialisierte Mikroprozessoranordnung.

Häufigster Vertreter der Bremsdynamometer mit MP-Computer ist die Baureihe MP mit luftgekühlten Wirbelstrombremsen. In Verbindung mit Motorhalterungen aus dem Rollwagenbaukasten RWB dienen sie dem Betrieb von Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge für Messungen und Erprobungen außerhalb des Fahrzeuges. Motorhalterungen RWB sind für Motoren aus PKW und leichteren Nutzfahrzeugen geeignet. Abbildung 1 zeigt eine solche Kombination.

Auf der engine expo 2001 in Stuttgart hat Weinlich eine neue Kombination bestehend aus zwei Bremsdynamometern MP und einer Motorhalterung RWB vorgestellt (Abbildung 2), die weitere Anwendungsgebiete erschließt.

Aufgabe

Bei Kontakten mit Kunden und bei der Vorbereitung von Motoren zum Betrieb an Dynamometern für Kunden haben sich mehrere Gründe für eine Abwandlung der bekannten Kombination aus Dynamometer und Motorhalterung RWB ergeben. Diese Gründe lassen sich unter zwei Überschriften zusammenfassen:

1. Es wird schwieriger, Motoren isoliert aufzubauen und zu betreiben.

Beispiele:

• Schwungräder, die nicht mehr nur aus einer massiven Scheibe bestehen, erlauben überwiegend nicht mehr das direkte Anflanschen von im Prüfstandsbetrieb erprobten Dämpfungskupplungen, sondern erfordern die Führung durch die Eingangswelle des nachfolgenden Schaltgetriebes.
• Einheiten aus Motor, Schaltgetriebe und Verteilergetriebe sind nur noch an drei Punkten aufgehängt, von denen sich nur einer am Motor befindet.
• In seltenen Fällen haben Motor und Getriebe einen gemeinsamen Schmierölkreislauf.

2. Die Messaufgabe erfordert das vollständige Antriebssystem oder betrifft garnicht den Motor, sondern das vom Motor angetriebene Übertragungssystem.

Beispiele:

• Messen der Luftschallemission des Motors mit angeflanschtem Schaltgetriebe und Verteilergetriebe.
• Messungen am Motor können verfälscht werden, wenn das Getriebe durch ein Dynamometer ersetzt wird, da die Wechselwirkung der Vibrationen innerhalb des ganzen Antriebs und somit auch der Einfluss des Getriebes auf den Motor nicht durch das Dynamometer und die Verbindungselemente zwischen Dynamometer und Motor simuliert werden können.

Lösung

Die Lösung der genannten Aufgaben und Schwierigkeiten besteht grundsätzlich darin, den Motor nicht isoliert, sondern zusammen mit dem vollständigen Übertragungssystem zu betreiben, wobei jedes Antriebsrad durch ein Dynamometer ersetzt wird.

Gegen diese Lösung ist der Einwand zu erwarten, dass man so nicht die Leistung des Motors misst, sondern einen um die unbekannten Übertragungsverluste verminderten Betrag.

Motorleistungsprüfstände dienen jedoch heute nur noch selten der Ermittlung des spezifischen Verbrauchs oder gar der maximalen Motorleistung, sondern bieten meist nur die reproduzierbare Voraussetzung für andere Beobachtungen oder Erprobungen.

Selbst wenn aber der genaue Betrag der Leistung interessieren sollte, wird in einigen Fällen die Messung der Leistung an den Radnaben sogar die realistischere sein, weil die Stellungsabhängigkeit der Verluste im Schaltgetriebe mitberücksichtigt wird. Ein Beispiel wäre die Voraussage des Verbrauchs für ein Fahrzeug.

Für die vorgestellte Lösung spricht auch, dass gelegentlich Rollenleistungsprüfstände nur deshalb benutzt werden, weil einem Versuch auf einem Motorleistungsprüfstand die besprochenen Schwierigkeiten oder auch nur der grundsätzlich beträchtliche Aufwand entgegenstehen, den die Anpassungen am Motor zur Befestigung und zum Betrieb ohne Getriebe erfordern.

Die Nachteile eines Rollenleistungsprüfstands im Vergleich zur vorgestellten Lösung (Leistungsbegrenzung durch die Reifen bei nicht extremen Rollendurchmessern, starke Erhöhung der Messunsicherheit durch die Reifen, allgemein schlechtere Beobachtungs- und Arbeitsbedingungen) sind offensichtlich.

Der Gedanke, jedes Rad durch ein Dynamometer zu ersetzen, ist nicht neu, wohl aber dessen Verwirklichung mit Dynamometern MP und einer Motorhalterung RWB entsprechend der Zeichnung.

Hierzu wurde die serienmäßige Bauweise MP ergänzt durch

• Klemmvorrichtungen an den Dynamometerunterbauten für eine Verbindungsschiene,
• die Verbindungsschiene selbst
• und Befestigungsflächen mit Befestigungsgewinden für Adapterteile zum Ausrichten und Halten der Radlagereinheiten.

Die Verbindungsschiene sichert die korrekte Position der beiden Dynamometer und der Motorhalterung zueinander.

Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen, dass der Rollwagenbaukasten RWB ausreichend vielseitig ist, um Motor und angeflanschten Getriebeblock auch ganz anders als in Abbildung 1 gezeigt aufzubauen, nämlich um 90° gedreht.

Bedienpult und Gashebel können so angeordnet werden, dass die Betätigung von Kupplungspedal und Schaltknüppel in gewohnter Weise möglich ist.

Motor und angeflanschter Getriebeblock können und sollten mit den originalen Halterungen befestigt werden.

Die Radlagereinheiten mit den Radbefestigungsflanschen bilden die Schnittstelle zum Antrieb der Dynamometer:

Die Radlagereinheit bietet mit ihrer Anschraubfläche und den Befestigungsgewinden für den Bremssattel die einfachste Möglichkeit zur Ausrichtung und Befestigung am Ständer eines Dynamometers.

Eine Anpassscheibe verbindet den Radbefestigungsflansch mit der antriebsseitigen Gelenkwellenhälfte des Dynamometers.

Die gezeigte Anordnung wurde mit zwei getrennten Steuerungsausrüstungen mit MP-Computer erprobt. Regelungsprobleme traten trotz des Zusammenwirkens zweier unabhängig voneinander arbeitender durch das Differentialgetriebe miteinander verbundener Regelungen nicht auf.

Die Dynamometerkombinationen werden mit einer Steuerungsausrüstung auf der bewährten Grundlage des MP-Computers geliefert werden. Zusätzlich zur gemeinsamen Drehzahlsollwertvorgabe für beide Dynamometer kann das gewünschte Drehzahlverhältnis beider Dynamometer eingegeben werden, sodass außer der Geradeausfahrt auch Kurvenfahrt in engen oder weiten Kurven simuliert und damit auch das Differentialgetriebe definiert belastet werden kann.

Schluss

Die vorgestellte Dynamometerkombination ist mit luftgekühlten Wirbelstrombremsen unterschiedlicher Größe lieferbar und zum Betrieb von Antrieben mit Kolbenverbrennungsmotoren für Personenkraftwagen, kleinere Nutzfahrzeuge und ähnliche geeignet.

Die Dynamometerkombination sollte gleichermaßen auch zum Betrieb von Hybridantrieben mit Kolbenverbrennungsmotoren nützlich sein.

Eine Einschränkung des Bauprinzips auf zwei Dynamometer für eine Antriebsachse ist nicht erkennbar, sodass z. B. auch Erprobungsaufbauten für Allradantriebe bequeme Arbeitsmöglichkeiten bieten sollten.

Die Zeichnung lässt außerdem auch erkennen, dass sich an der Stelle des isoliert aufgebauten Fahrzeugantriebs grundsätzlich auch ein Fahrzeug befinden könnte, dessen treibende Radnaben mit den Dynamometern zu verbinden wären.

Das vorgestellte Bauprinzip ist nicht auf Bremsdynamometer mit luftgekühlten Wirbelstrombremsen beschränkt. Motorhalterungen RWB bewähren sich auch in Verbindung mit anderen Dynamometerbauweisen.

Allerdings erweitert das vorgestellte Bauprinzip auch den Anwendungsbereich luftgekühlter Wirbelstrombremsen bei der Erprobung von Antrieben für PKW und ähnliche Fahrzeuge in zwei Richtungen:

1. Betrieb mit hohen Leistungen ist nicht mehr auf kurzzeitige Messungen beschränkt.

Ein Beispiel:

Kombination mit zwei Dynamometern MP 400S,
150 km/h simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit bei 0,6 m angenommenem Reifendurchmesser

In diesem Betriebszustand ist die Dynamometerkombination dauernd mit 270 kW belastbar.

2. Luftgekühlte Wirbelstrombremsen haben im Vergleich zu anderen Dynamometerbauweisen ein relativ hohes Trägheitsmoment. Trotzdem ist dessen Auswirkung an der Stelle der Fahrzeugräder geringer als die der Masse eines sehr leichten Fahrzeuges. Der Simulation von Beschleunigungsvorgängen sind demnach auch in einer Dynamometerkombination mit den robusten luftgekühlten Wirbelstrombremsen keine Grenzen gesetzt.

Ob sich das vorgestellte Bauprinzip auch zum Betrieb von Antrieben größerer Nutzfahrzeuge sinnvoll nutzen lässt, muss die Zukunft zeigen.