Trägheit vs. Bremsprüfstände

Ein Leistungsprüfstand oder Dynamometer ist ein Gerät, mit dem die Drehzahl (U/min) und das Drehmoment eines sich bewegenden Motors gleichzeitig gemessen werden, um die momentane Leistung zu berechnen. Die meisten Dynamometer verwenden Leistungsabsorber wie einen Elektromotor, eine Wasserbremse oder einen Wirbelstrom. Diese Absorber üben eine bestimmte Last auf den Motor aus und schätzen das resultierende Drehmoment mithilfe einer Lastmesszelle oder eines Dehnungsmessstreifens. Trägheitsdynamometer verwenden im Gegensatz dazu eine Schwungmasse (Trägheit) anstelle von Leistungsabsorbern, um die Beschleunigungsrate zu messen und somit das resultierende Drehmoment zu schätzen. Die Leistung wird dann anhand des resultierenden Drehmoments berechnet. Die vom Dynamometer berechnete Leistung wird in BHP (Kesselleistung) und Kilowatt (KW) angezeigt. Neben der Messung der vom Motor erzeugten Leistung wird ein Dynamometer als Teil eines Prüfstands für verschiedene Aktivitäten im Zusammenhang mit der Motorentwicklung verwendet. Die Kalibrierung von Managementreglern von Maschinen und Tribologie sind typische Beispiele.

Wenn wir über Leistungsprüfstände sprechen, vergleichen wir zwei wichtige Arten von Leistungsprüfständen. Das sind Schwungmassenprüfstände und Dauerlastprüfstände. Übrigens gibt es im Wesentlichen zwei weitere Arten von jedem Leistungsprüfstand, die auf unterschiedlichen Konfigurationen basieren. Dazu gehören Motorprüfstände und Fahrgestellprüfstände. Bei Motorprüfständen ist der Motor direkt mit dem Leistungsprüfstand verbunden. Fahrgestellprüfstände hingegen berechnen die Motorleistung am Rad. Aber hier werden wir Schwungmassenprüfstände und Dauerlastprüfstände hinsichtlich Definition, Funktionsprinzip sowie Vor- und Nachteilen vergleichen.

Trägheitsprüfstand – Definition und Funktionsprinzip

Der Trägheitsprüfstand wird mit der festen Trägheitsmasselast durchgeführt. Dieser Prüfstand ist hauptsächlich dazu gedacht, die Leistung zu berechnen, die zum Starten oder Beschleunigen der festgelegten Masselast erforderlich ist. Zu diesem Zweck zeichnet der Trägheitsprüfstand mithilfe eines Computers die Beschleunigungsrate zusammen mit der Drehzahl auf. Mit dem Trägheitsprüfstand beginnt der Testbereich des Motors etwas über der Leerlaufposition (nicht bei null U/min) und reicht bis zu seiner maximalen Drehzahl. Unter Berücksichtigung der Drehzahl und des Drehmoments wird das Diagramm für die Leistungsabgabe auf dem Computerbildschirm dargestellt. So sieht das Diagramm aus:

Gleichzeitig werden Trägheitsprüfstände ständig erweitert, um genaue und Echtzeit-Testergebnisse für Anwendungen in Rennwagen zu liefern. Da Trägheitsprüfstände vergleichsweise eine genauere Simulation der dynamischen Bedingungen bieten, die durch die Beschleunigung des Motors unter Last entstehen, liefern sie in zahlreichen Fällen genauere und wiederholbarere Ergebnisse.

Vorteile des Trägheitsdynamometers

Trägheitsprüfstände werden aufgrund ihrer überwältigenden Vorteile in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. In diesem Sinne sind hier einige der Vorteile von Trägheitsprüfständen aufgeführt:

• Einfach aufgebaut. Schwungradprüfstände sind die billigsten und unkompliziertesten. Ein großes Schwungrad, immer gleich groß, wird auf einer Achse montiert. Es ist dann über Räder mit einem Motor verbunden. Die einfache Konstruktion von Schwungradprüfständen reduziert den Wartungsbedarf. Gleichzeitig sind sie schneller und werden vor allem wegen einer umfassenderen Darstellung der Drehmoment-/Leistungskurve bevorzugt.
  
  
• Identifizieren Sie mehrere Faktoren. Leistungsprüfstände sind hauptsächlich darauf ausgelegt, die vom Motor erzeugte Leistung oder Kraft zu messen. Und mit Trägheitsprüfständen können Leistung, Drehmoment und Drehzahl genau gemessen werden. Um den Wert des dritten Faktors zu ermitteln, müssen zwei der Faktoren bekannt sein.
  
  
• Vielfältige Testmöglichkeiten. Mit einem Trägheitsprüfstand können alle Kleinmotoren getestet werden. Sie müssen lediglich die geeignete Konfiguration aus Schwungrad, Motorhalterung und Riemenscheibe auswählen.
  
  
• Hohe Eignung. Trägheitsdynamometer eignen sich hervorragend für die Robotik, die Funksteuerungsindustrie, Kraftgeräte und die Medizinindustrie. Darüber hinaus sind sie ideal für kleine Motoranwendungen. Die geringe Größe und der günstige Preis ziehen viele Branchen an, die sie für bestimmte Zwecke verwenden.

Nachteile von Trägheitsprüfständen

• Wird nur für Tests mit Vollgas (WOT) verwendet.
• Mit einem Trägheitsprüfstand kann das Fahrzeug nicht bei konstanter Geschwindigkeit geprüft werden. Dies bedeutet, dass die Beschleunigung bzw. Verzögerung NICHT Null ist.
• Funktioniert nur, wenn der Motor beschleunigt.
• Die Belastung kann beliebig erhöht werden. Die Genauigkeit kann sich dadurch jedoch verschlechtern.
• Reibungsverluste (mechanische und aerodynamische Reibungsverluste) und Trägheit können zwei Faktoren sein, die die Leistungsabgabe eines Motors beeinflussen und von der Wägezelle nicht berechnet werden.

Stationärer Leistungsprüfstand – Definition und Funktionsprinzip

Beim Bremsenprüfstand bleibt der Antriebsmotor (PM) unter der variablen Last, die vom Prüfstand angelegt wird. Diese angelegte Last misst die Fähigkeit des Antriebsmotors, die mit der angelegten „Bremskraft“ verbundene Drehzahl zu halten oder zu erhöhen. Das gesamte System ist mit dem Computer verbunden, der das angelegte Bremsdrehmoment ständig aufzeichnet, um die Motorleistung anhand der vom Drehzahlsensor und dem „Dehnungsmessstreifen“ bereitgestellten Informationen zu berechnen.

Darüber hinaus ist der stationäre Zustand eine der wesentlichen Bedingungen, die unter den Bremsprüfständen funktionieren. Unter stationären Bedingungen wird der Motor für eine erforderliche Zeit auf eine bestimmte Drehzahl eingestellt. Dieser Vorgang wird mithilfe einer variablen Bremsbelastung durchgeführt, die von der Bremskraftverstärkereinheit (PAU) bereitgestellt wird. Kurz gesagt ist der stationäre Zustand für den Prüfstand eine Art Test, der mit Bremsprüfständen durchgeführt wird.

Mithilfe des stationären Dynamometers beginnt der Testbereich des Motors bei einer bevorzugten Drehzahl. Dann wird eine Last auf den Motor ausgeübt und die Lastmesszelle misst das Drehmoment genau. Die Ausgabe wird auf dem Computerbildschirm aufgezeichnet. So sieht das Diagramm aus:

Der Hauptzweck von Schwungradprüfständen und der stationäre Zustand sind also nahezu identisch. Die Wahl zwischen beiden hängt jedoch von der Art der Verwendung ab. Vor allem sollte man bedenken, dass der stationäre Zustand nur dann erfüllt ist, wenn ein Bremsenprüfstand verwendet wird. Der Schwungradprüfstand hingegen setzt die Motorbeschleunigung in Beziehung, um Drehmoment und Leistung zu messen.

Vorteile des stationären (Brems-)Dynamometers

Wie der Schwungmassenprüfstand hat auch der Dauerbremsenprüfstand einige Vorteile. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile eines Dauerbremsenprüfstands:

• Konstante Geschwindigkeit. Ein stationärer Leistungsprüfstand ermöglicht es, einen Motor bei konstanter Geschwindigkeit zu halten und zu belasten. Das bedeutet, dass die Beschleunigung NULL ist. Diese Fähigkeit kann hilfreich sein, um einen Fehler bei einer bestimmten Drehzahl zu erkennen und den Motor auf die maximal mögliche Leistung bei einer bestimmten Geschwindigkeit einzustellen.
  
  
• Testen verschiedener Geräte. Tests mit konstanter Geschwindigkeit eignen sich zum Testen verschiedener Geräte. Dazu können Generatoren, Traktoren, Wasserpumpen und alle Geräte gehören, die über einen längeren Zeitraum mit konstanter Drehzahl und konstanter Last laufen.
  
  
• Sensoren für genaue Ergebnisse. Während der Motor läuft, übt der Dynamometer eine Bremskraft auf die Maschine aus. Darüber hinaus werden Lastsensoren am Dynamometer verwendet, um Drehmoment und Drehzahl genau zu messen. Sobald diese Werte bekannt sind, kann die Motorleistung leicht gemessen werden.
  
  
• Am besten für anspruchsvolle Anwendungen. Bremsprüfstände liefern mithilfe von Lastsensoren und Aktuatoren genaue Ergebnisse. Somit kann das Verfahren für anspruchsvolle Anwendungen wie Flugzeuge, Rennanwendungen, Autos usw. geeignet gemacht werden.

Nachteile des Steady-State-Dynamometers

• Teurere und komplexere Prüfstände im Vergleich zu Trägheitsprüfständen.
• Eine regelmäßige Kalibrierung der Wägezelle ist gemäß Zeitplan erforderlich. Andernfalls können die Ergebnisse weniger genau sein.
• Der Bremsmechanismus erzeugt viel Wärme, die entlastet werden muss.

Schlussworte

Trägheits- und Dauerzustandsprüfstände werden hauptsächlich verwendet, um die verschiedenen vom Motor erzeugten Kräfte zu konfigurieren. Beide Typen haben ihre spezifischen Anwendungen, Funktionsprinzipien, Vorteile und Nachteile, wie oben erläutert. Trägheitsprüfstände liefern eine echte Darstellung dessen, was die „Straße“ sieht, und Dauerzustandsprüfstände liefern Ihnen eine echte Darstellung bei konstanter Drehzahl (Nullbeschleunigung). Die Auswahl hängt jedoch von der Art der Verwendung ab.