DD289087A5 - Anordnung zum pruefen von kraftmaschinen mit integrierten schubrollenkupplungen und rastbaren getriebeelementen, insbesondere von kfz-anlassern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Pruefen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern zur komplexen Pruefung der Kfz-Anlasser mit der Zielstellung der Qualitaetssicherung in der Massenfertigung. Fuer die Baugruppen Motor, Schubrollenkupplung und Zugmagnet mit schaltbarem Ritzel werden innerhalb eines Pruefzyklus in der zeitlichen Groeszenordnung von 5 Sekunden ueber entsprechende Baugruppen Selektionssignale gebildet. Die Erfindung kann im Elektromaschinenbau, insbesondere in der Kfz-Technik angewendet werden. Darueber hinaus ist die Anwendung auch in Kfz-Reparaturwerkstaetten moeglich. Die Anordnung zum Pruefen von Kfz-Anlasser ist gekennzeichnet durch die Verbindung mehrerer Baugruppen, wobei sich in der Baugruppe Pruefwelle BW, ein mit konstruktiv veraendertem Kurzschluszlaeufer angeordneter Asynchronmotor befindet, der mit dem Zahnkranz einer Pruefwelle und einem Tachogenerator verbunden ist. Durch die Modifizierung der Laeufer-Kurzschluszwicklung einer Asynchron-Standard-Maschine und Ausnutzung von Motor-Kennlinienteilen, die allgemein betriebsmaeszig nicht genutzt werden sowie die drehzahlmaeszige UEberdimensionierung, erreicht man als Effekt fuer die Beschleunigungspruefung der Kupplungsmechanik ein Drehmoment-Drehzahlverhalten im Arbeitsbereich, welches eigentlich nur mit aufwendigen Gleichstromantrieben realisierbar waere. Die einzige vom Pruefprozesz gewonnene Meszgroesze ist die Tachospannung fuer die Drehzahl. Fig. 1{Kfz-Anlasser; komplexe Pruefung von Baugruppen; Beschleunigungspruefung der Kupplungsmechanik; Asynchronmotor; Hochlaufkennlinie; Qualitaetssicherung bei Massenfertigung; Senkung Energieaufwand; Schubrollenkupplung; Kraftmaschine; Tachospannung}

Description

Startvorganges in Eingriff gebracht. Während des Betriebes findet gleichzeitig eine Drehzahluntersetzung von etwa 10:1 statt. Bei dem Aktivwerden der Kraftmaschine nach dem Einsetzen der Zündung sorgt die Schubrollenkupplung fürdie Unterbrechung der richtungsabhängigen Drehmomentenübertragung. Das Ritzel spurt anschließend nach manueller Entregung des Zugmagneten aus dem Zahnkranz der Schwungscheibe aus. Diese betriebsmäßig auftretenden Abläufe sollen durch eine Prüfmaschine, genannt Prüfwelle, mit originalgetreuer Kinematik simuliert und auf Abweichungen von der normalen Funktion hin analysiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zum Prüfen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollonkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern zu entwickeln, die nachfolgenden Bedingungen entspricht. Die Anordnung des Prüfstandes muß vom konstruktiven Aufbau geeignet sein, zur Stückprüfung in der Produktionslinie bei der Massenfertigung eingesetzt werden zu können. Die Funktion muß durch einfache An- und Steuerbarkeit mit leistungselektronischen Ventilen ohne jegliche Löschprobleme und ohne Kontaktbauelemente möglich sein. Di? Leistungsparameter müssen ohne die Drehmomentenmessung und ohne Sensoren zur Ermittlung von Kupplungszuständen ermittelbar sein. Der geringe Elektroenergiebedarf und die Senkung des Herstellungsaufwandes sind wichtige Prämissen der Aufgabenstellung.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, indem eine Anordnung zum Prüfen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern geschaffen wird, die aus einer Baugruppe Prüfling-Spanneinrichtung, einer Baugruppe Prüfwelle mit einem Asynchronmotor, einer Baugruppe Programmsteuerung, einer Baugruppe Meßelektronik, einer Baugruppe Netzteil, einer Baugruppe Motorstromwandler und einer Baugruppe Thyristorsteller besteht, wobei in der Baugruppe Prüfwelle ein mit konstruktiv verändertem Kurzschlußläufer angeordneter Asynchronmotor angeordnet ist, der mit dem Zahnkranz einer Prüfwelle und einem Tachogenerator verbunden ist. Der Asynchronmotor kann als Antriebsmotor und als Induktionsbremse arbeiten. Durch querschnittsmindernde Bearbeitung der beiden Aluguß-Kurzschlußringe sowie leichte Läuferdurchmesserverkleinerung durch Überschliff wird der ohmsche Widerstandsanteil der Läuferwicklung erhöht, der Luftspalt drehmomentsteigernd vergrößert und die M-n-Kennlinie für den Anwendungsfall derart verändert, daß die Einbauchung im dynamischen Hochlaufteil verschwindet und das Anlaufmoment vergrößert wird. Daß durch diese Maßnahme der normalerweise benutzte Kennlinienteil im Nennlastbereich negativ beeinflußt wird, ist für diesen speziellen Anwendungsfall ohne Bedeutung. Es wird nur der Kennlinienteil innerhalb des Kipp-Punktes für die Beschleunigungsprüfung der Kupplungsmechanik benutzt. Der lineare Kennlinienteil im passiven Bremsbetrieb in der Nähe kleinerer Drehzahlen wird durch diese Maßnahme ebenfalls „Weicher" und der Kipp-Punkt des Drehmomentes zu höheren

Drehzahlen hin verschoben. Entsprechend den Prüfvorschriften soll die Prüfwelle aus der Anwurfdrehzahl 100 —— heraus

min

während einer Sekunde auf 1000 —:—beschleunigt werden. Dazu wird nicht ein 6poliger Motor mit

min

n, = 1000—:—, sondern ein 4poliger Motor mit n, = 1500 —j—ausgewählt. Durch diese Maßnahme verbleibt der sich im Hochlaufvorgang verändernde Arbeitspunkt relativ längerauf KL-Teilen mit nahezu konstantem Drehmoment. Durch die

elektronische Prüfprogrammsteuerung wird der Prüfungsablauf bei η = 1000 —:— drehzahlabhängig vorzeitig abgebrochen.

min

Die meßtechnisch schwierige Aufgabe der Drehmomentenmessung des Anlassermotors während der Durchdrehzeit entfällt und wird durch die Bewertung der Wirkung des Drehmomentes auf die sich einstellende Drehzahl ersetzt. Die Toleranzen des Anlassermotordrehmomentes schlagen sich in der Drehzahl nieder, so daß als einzige Meßgröße die Tachospannung bewertet wird. Durch Elektronisierung der Motoransteuerung wird mit einfachen selbstlöschenden Stromrichterventilen von Brems- auf Motorbetrieb übergegangen, wobei die digitalen Signale der Prüfprogrammsteuerung ohne weitere Wandlung wirksam werden. Durch Bewertung der Tachospannung im statischen Falle sowie deren Relativierung in der Zeit beim dynamischen Prüfungsteil liefert die MePelektronik Selektionssignale als Prüfergebnisse.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In Fig. 1 ist der Signalfluß der Baugruppen schematisch dargestellt. Die Anordnung zum Prüfen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern besteht aus einer Baugruppe Prüfling-Spanneinrichtung BP, einer Baugruppe Prüfwelle BW mit einem Asynchronmotor 6, einer Baugruppe Programmsteuerung BS, einer Baugruppe Meßelektronik BM, einer Baugruppe Netzteil BN, einer Baugruppe Motorstromwandler BH und einer Baugruppe Thyristorsteller BT, gekennzeichnet dadurch, daß der in der Baugruppe Prüfwelle BW mit konstruktiv verändertem Kurzschlußläufer angeordnete Asynchronmotor 6 mit dem Zahnkranz der Prüfwelle 5 und einem Tachogenerator 7 verbunden ist und sowohl als Antriebsmotor oder als Induktionsbremse arbeitet. Die Baugruppe Prüfling BP stellt den Anlasserprüfling in einer mechanischen Aufspannung dar, die von einer übergeordneten Handhabeeinheit HE gesteuert wird. Bei Erregung des Zugmagneten 4 greift das schaltbare Ritzel 3 in den Zehnkranz der Prüfwelle 5 innerhalb der Baugruppe Prüfwelle BW ein. Auf der Prüfwelle in Baugruppe BW sitzt der Zahnkranz 5, der Asynchronmotor β sowie ein Tachometer 7. Der Lüftermotor 8 sorgt mittels Durchzugbelüftung für die Abführung der Verlustwärme des Asynchronmotors 6. Die Baugruppe Netzteil-Prüfling BN sorgt für niederohmige Speisung des Doppelschlußmotors 1 während der Motorprüfung. Die Baugruppe Thyristorsteller BT besteht aus 10 Stück steuerbaren Ventilen wobei bei Anliegen des Signales S₁₀ 6 Stück Thyristoren in Antiparallelschaltung als elektrischer Schütz den Drehstrom-Motorbetrieb sicherstellen. Bei Anliegen des Signales S₁₁ wird über zwei Motorwicklungsstränge in Reihenschaltung mittels 4 Stück Thyristoren in Brückenschaltung mit Zusatzwiderstand 2pulsig Gleichstrom gespeist und damit der Asynchronmotor 6 zur Induktionsbremse aktiviert. Die Baugruppe Taktkette-Steuerung BS stellt eine Taktkettensteuerung mit sechs Speicherzuständen dar, wobei die Übergangsbedingungen zeit- oder drehzahlabhängig ausgelegt sind. Die Baugruppe Meßelektronik BM stellt teilweise eine Bedienungslogik und zur Auswertung der Hochlaufdynamik mit Zeittakt gestörte Zähler und Vergleicher dar. Meß- und Sollwerte werden in Meßkomparatoren zu

entsprechenden Logiksignalen gewandelt. Die Baugruppe Motorstromwandler BH stellt einen galvanisch trennend wirkenden Gleichstromwandler auf Hallschaltkreisbasis dar. Mit Eingang des Signales S, der übergeordneten Steuerung der Handhabeeinheit HE Einspannung Prüfling geht die Programmsteuerung aus dem Zustand Z₀ in den Zustand Z₁ über. Im Zustand Z₁ aktiviert das Signal S_n über die Baugruppe BT den Asynchronmotor β zur Induktionsbremse und Signal S₉ aktiviert den Prüfling 1 in der Baugruppe BP. Der Zugmagnet 4 spurt das Ritzel in den Zahnkranz 5 ein. Über das Schallstück 9 fließt zum Prüfling 1 Strom. Über einen Gleichstrom-Zusatzwiderstand in der Baugruppe BT wird Konstantstrom in die Induktionsbremse eingetragen und somit ein linear mit der Prüflingsdrehzahl steigendes Gegenmoment erzeugt. Es stellt sich eine Prüfwellendrehzahl ri| ein, die eine direkte Folge des effektiv wirkenden Prüflingsmomentes darstellt. Wird in der Baugruppe Meßelektronik innerhalb dieses Programmzustandes Z, sensorisch η = ο & I < I_n erfaßt, so wird konjunktiv das Signal S₄ „Ritzeleinspur defekt" gebildet und über Signal S₈ vorzeitiger Programmabbruch ausgelöst. Bei fehlendem Selektionssignal ist die Baugruppe BP mit Zugmagnet für Ritzel 4 in Ordnung, der Programmzustand Z₂ „Motorprüfung" wird zeitabhängig nach 2 Sekunden erreicht. Dazu bleiben der Asynchronmotor 6 und der Prüfling 1 im gleichon Ansteuerzustand wie bei Z), jedoch wird jetzt in der Baugruppe Meßelektronik BM die logische Verknüpfung der Prüfwellendrehzahl und des Anlasserstromes nach der Vorschrift η < n_Son & I 3= I_n,„„ überprüft. Bei Erfüllung dieser Bedingung ist der Prüfling 1 defekt, es erscheint das konjunktiv gebildete Signal S₃ „Motor defekt" und über S₈ erfolgt Programmabbruch. Bei Nichterfüllung dieser Logikbedingungen ist der Prüfling 1 in Ordnung und os wird Programmzustand Z₃ „Prüfung der Schubrollenkupplung 2" erreicht. Die Programmsteuerung BS aktiviert über Signal S_)o mit einem zeitlichen Abstand einer Wechselspannungsperiode nach Verschwinden des Signales S)₁ den elektronischen Thyristorschalter in der Baugruppe BT, wobei der Asynchronomotor 6 in den aktiven Betrieb übergeht und mit konstanter Beschleunigung den Ritzelüberholvorgang einleitet. Es erfolgt jetzt durch Auswertung der Hochlaufdynamik, also durch eine Beschleunigungsprüfung die „Funktionsprüfung" der Schubrollenkupplung 2 des Prüflings 1. Der Zugmagnet 4 ist noch aktiviert und das Ritzel 3 immer noch im Eingriff des Zahnkranzes der Prüfwelle 5. Beim mechanischen Versagen der Schubrollenkupplung 2 bleibt die Prüflingswelle, einschließlich der Ankermasse im Eingriff zur Prüfwelle. Der Doppelschlußmotor des Prüflings 1, mit dominierender Reihenschlußcharakteristik in der Nähe kleiner Drehzahlen, nimmt bei dieser totalen Entlastung eine endliche Drehzahl weit unterhalb gefährlicher Durchgangsdrehzahlen an, wird aber von der Prüfwelle her auf höhere als die natürlichen Leerlaufdrehzahlwerte beschleunigt. Wegen der mit dem Quadrat der Drehzahlen sich übertragenden Massentiägheitsmomente reicht das Konstante des modifizierten Asynchronmotors β nun nicht mehr aus, um gleicha Beschleunigungswerte wie im Falle korrekter Funktion der Kupplung zu erzielen. Diese Störung der Hochlaufdynamik wird in der Baugruppe BM mittels getakteter undgetorter voreingestellter Zähler ausgewertet. Als Schwellwert für das Ende der Integrationszeit wird eine Prüfwellendrehzahl

am Schaltkomparator eingestellt, die etwa 100 —;— höher als die auf Prüfwellendrehzahl umgerechnete Leerlaufdrehzahl

min

des Doppelschlußmotors des Prüflings 1 liegt. Wird also vom Meßzähler eine Zeit > tsoii ermittelt und ist dann I <t In»™, ergibt sich das konjuktive Signal S₆ „Schubrollenkupplung defekt" und damit Programmabbruch. Der Motorstrom ist also im Schubrollenkupplungsfehlerfall kleiner als der Leerlaufstrom lo, weil die Maschine bei aufgezwungener Überdrehzahl generatorischen Charakter annimmt. Ist bei diesem Drehzahlschwellwert n₂ kein Fehlersignal gebildet worden, geht die Programmsteuerung in den Zustand Z₄ mit der Zielstellung „Ritzelaussparprüfung" über. Dazu wird der Zugmagnet 4 über veischwinden des Signals S₈ entregt und das Ritzel spurt aus dem Zahnkranz δ aus. Der noch aktive Asynchronmotor 6

beschleunigt weiter bis zum obersten Drehzahlschwellwert n₃, der nach Prüfvorschrift den Wert 1000 —:—besitzt. Ab

min,

Zeitpunkt Z₄ erfolgt wieder in der Baugruppe BM eine Zeitmessung bis n₃ erreicht wird. Bei Zeitüberschreitung erfolgt die Bildung des Signales S₈ „ Ritzelausspur defekt" mit entsprechendem Programmabbruch. Der Tachospannungswert für

n₃ = 1000 —:— stellt gleichzeitig den Schwellwert zum Übergang in den Prüfprogrammzustand Z₆ „Prüfwellenabbremsung bis min

Stillstand" dar, und mit Signal S₂ „Prüfung abgeschlossen" wird das Übergabesignal für die Einspann-Manipulationseinheit bereitgestellt. Mit dem Übergang in Prüfzustand Zs erfolgt wieder die Nutzung der Prüfmaschine als Bremse, d. h. Signal Sn verschwindet, und mit einer Wechselspannungsperiode Zeitverzug wird mit Signal S₁₀ der Brückengleichrichter in Baugruppe BT mit Vorwiderstand aktiviert. Nach dem Abtouren der Prüfwelle auf η = 0 erfolgt der Übergang in den Programmzustand Zo und ein Prüfzyklus ist durchlaufen. Mit den Fehlersignalen S₃ bis S₈ geht die Programmsteuerung über Z₈ in den Ausgangszustand Zo zurück. Prüftechnisch stellt also die Motorprüfung ein statisches Verfahren dar und die Kupplungsüberprüfung ein dynamisches Verfahren. Der Prüfprozeß wirkt auf die Programmsteuerung ein, so daß auch bei Schwankungen von Qualitätsgrößen der Anlasserprüflinge stets ein zeitlich optimierter Programmablauf in der Größenordnung von 5 Sekunden erreicht wird. Eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit dieser Anordnung zum Prüfen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern in Hinsicht größerer Durchlaufzahlen kann bei Bedarf dadurch erreicht werden, daß mehrere radial versetzt angebrachte Prüflinge in zeitlicher Überlappung gespannt, geprüft und ausgespannt werden.

Claims (1)

1. Anordnung zum Prüfen von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern bestehend aus einer Baugruppe Prüfling-Spanneinrichtung (BP), einer Baugruppe Prüfwelle (BW) mit einem Asynchronmotor (6), einer Baugruppe Programmsteuerung (BS), einer Baugruppe Meßelektronik (BM), einer Baugruppe Netzteil (BN), einer Baugruppe Motorstromwandler (BH) und einer Baugruppe Thyristorsteller (BT), gekennzeichnet dadurch, daß der in der Baugruppe Prüfwelle (BW) mit konstruktiv verändertem Kutzschlußläufer angeordnete Asynchronmotor (6) mit dem Zahnkranz einer Prüfwelle (5) und einem Tachogenerator (7) verbunden ist und sowohl als Antriebsmotor oder als Induktionsbremse arbeitet.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgeblot der Erfindung

   Die Erfindung ist im Elektromaschinenbau, insbesondere bei der Massenfertigung von Kfz-Anlassern einsetzbar. Die Anwendung ist sowohl in der automatischen Fließfertigung zur Durchführung der Stückprüfung, als auch im Prüflabor zur Durchführung von Serienprüfungen in Form von Dauerbelastbarkeitsprüfungen möglich.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   In der Praxis erfolgt die Prüfung von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern auf verschiedene Weise. So wird z. B. in der Abschlußarbeit „Konstruktive Gestaltung eines Anlasserprüfstandes" Autor: Kühler, Joachim; Seite β von 1986; Institut zur Ausbildung von Ingenieurpädagogen dargestellt, daß die Anlasser zur Zeit durch zwei verschiedene Varianten geprüft werden. Bei der ersten Variante handelt es sich um die Prüfung des Anlassers direkt am Verbrennungsmotor. Dazu werden die Anlasser an den Verbrennungsmotor montiert und angeschlossen. Anschließend werden sie einer Dauerbelastbarkeitsprüfung unterzogen. Die Bedingungen dazu sind in der TGL14295/01 „Elektrische Ausrüstungen für Straßenfahrzeuge-Anlasser-" enthalten. Bei der zweiten Variante werden die Anlasser durch eine elektromechanische Prüfeinheit geprüft. Dabei werden die in der TGL14295/01 festgelegten Bedingungen zur Dauerbelastbarkeitsprüfung nach Punkt 3.21.2 zugrundegelegt. Die Steuerung erfolgt über eine Ablaufsteuerung mit Programmzeitgeber. Die Abbremsung des Anlassers auf seine Nennleistung erfolgt durch eine Scheibenbremse. Es ist weiterhin allgemein bekannt, daß als Prüfmaschinen für Kfz-Anlasser in der Praxis Verbrennungskraftmotoren eingesetzt werden. Diese Prüfstände besitzen jedoch erhebliche Nachteile, da ihre Anwendung nur auf abgeschlossene Betriebsräume mit erhöhten Sicherheitsforderungen beschränken lassen. Außerdem ist der räumliche und bedienungstechnische Aufwand beträchtlich. Prinzipielle Nachteile ergeben sich aus der Zünd-Aussetzstörung, die mit Explosionsgefahren an den Auspuffanlagen verbunden sind. Die Prüfung von Anlassern wird u.a. auch noch dadurch möglich, indem anstelle der Verbrennungskraftmaschine Kombinationen von Induktionsbremse, Zweiflächenbremse, Asynchronkupplung und Asynchronmotor tritt und die geforderte Prüfkinematik mit elektrischen Bauelementen nachgebildet wird. Diese Spezialmaschinen mit hohem mechanischem Aufwand haben infolge ihrer hohen Masienträgheitsmomente einen den Prüferfordernissen nicht angepaßten Energieverbrauch. Die Qualitätsprüfung kann bei Kraftmaschinen auch über das Drehzahl/Drehmomentverhalten erfolgen.' In der Offenlegungsschrift Nr. 2800829 (Int.-Kl. G 01L5/26) ist ein Meßgerät zur Bestimmung der Drehmoment/ Drehzahlencharakteristik von Kraftmaschinen offenbart, welches nach einem dynamischen Prinzip arbeitet. Die Meßgenauigkeit des Verfahrens hängt in hohem Maße davon ab, daß der Drehwinkel zwischen zwei Pulsen (nominell 3607N) sehr genau eingehalten wird. Das ist notwendig, weil sich die Drehbeschleunigung als kleine Differenz zweier aufeinander folgender Zeitabstände st, markiert durch die Winkelgeber-Pulse ergibt.

   Die aufgezeigten Prüfstände und Verfahren sind konstruktiv sehr aufwendig und nicht geeignet, als Baugruppe in die Linie einer Fließfertigung bei der Massenfertigung eingeordnet zu werden. Außerdem können im Ergebnis der Prüfung nur bestimmte Elemente analysiert werden und nicht die Baugruppe als Ganzes.

   Ziel der Erfindung

   Das Ziel der Erfindung ist es, die bestehenden Mängel zu beseitigen, den Energieaufwand bei Prüfständen zur Qualitätsprüfung von Kraftmaschinen mit integrierten Schubrollenkupplungen und rastbaren Getriebeelementen, insbesondere von Kfz-Anlassern wesentlich zu senken, so daß eine Stückprüfung in der Massenfertigung möglich ist.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Die in der Praxis bekannten Verfahren und Anordnungen zur Prüfung von Kraftmaschinen sind vom konstruktiven Aufbau sehr aufwendig und nicht geeignet, als Baugruppe in die Linie einer Fließfertigung bei der Massenfertigung eingeordnet zu werden. Die Anordnungen sind auch nicht geeignet, z. B. die Baugruppe Kfz-Anlasser, als Ganzes zu prüfen. Die Wellen der Anlassermotoren von Verbrennungskraftmaschinen werden über elektromechanisch rastbare Kupplungen, bestehend aus Zugmagnet, Schalthebel, Schubrollenkupplung und rastbarem Ritzel mit dem Zahnkranz der Kraftmaschine während des