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Prüftechnik Antriebe für die E-Mobilität hochdynamisch prüfen

| Redakteur: Udo Schnell

Antriebe für die E-Mobilität erfordern neue Test- und Prüfeinrichtungen, die hohen Anforderungen genügen müssen. Eine entscheidende Komponente des Prüfstandes ist das Untergestell des Prüftisches. Richtig ausgewählt, sorgt es für stabile Messungen und schützt die Antriebseinheit vor zu hoher Belastung.

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Ein Blick in den Prüfraum, in dem hochdynamische Antriebe für die E-Mobilität geprüft werden.
Ein Blick in den Prüfraum, in dem hochdynamische Antriebe für die E-Mobilität geprüft werden.
(Bild: OPVengineering )

Die Experten sind sich sicher: E-Mobility wird sich langfristig durchsetzen. Für das Testen und Prüfen drehmomentstarker Antriebe mit 30.000 min-1 sind neue Testeinrichtungen und Prüfstandsysteme erforderlich – sowohl im Stadium der Entwicklung als auch später im Rahmen der laufenden Produktionskontrolle.

Hohe Anforderungen an die Prüftechnik

Die Anforderungen an derartige Prüfsysteme sind hoch: Beim Betrieb mit hohen Drehzahlen und/oder hoher Dynamik ist es unbedingt erforderlich, die mechanische Struktur des Aufbaus so zu gestalten, dass sein Verhalten die Testergebnisse nicht beeinflusst. Bei modernen Anlagen wirken sich eine ordnungsabhängige radiale Anregung, eine rotatorische Anregung oder ein Ordnungsgemisch (wie es beispielsweise bei einer Verbrennungsmotor-Simulation vorkommt) nicht nur auf die Belastung des Prüflings aus, sondern in großem Maße auch auf die mechanische Struktur des gesamten Prüfaufbaus.

Bei der Belastung des Prüflings können die genannten Anregungsarten gezielt eingestellt werden oder ergeben sich aus dem Verhalten des Prüflings. Unabhängig davon muss der Gesamtaufbau so gestaltet sein, dass es in keinem Betriebsbereich zu negativen Auswirkungen auf die Testergebnisse kommt. So kann das Eigenverhalten des Unterbaus von Prüflings- oder Antriebsmotor, aber auch die Anbindung des Prüflings an den Antrieb einen Einfluss ausüben.

Große Auslenkungen vermeiden

Ziel ist es, stets einen unterkritischen Betrieb zu erreichen; denn nur so kann vermieden werden, dass es beim Hochlauf und dem damit verbundenen Resonanzdurchlauf zu unerwünscht großen Auslenkungen der Prüfstandsbaugruppe kommt. Der unterkritische Betrieb erfordert einen sehr steifen Aufbau, was im Gegensatz zu einer weichen Struktur ebenso zu einer besseren Qualität und Reproduzierbarkeit der Ausrichtung der Komponenten führt.

Werden all diese Faktoren berücksichtigt, wirkt sich dies auf die Qualität der Messergebnisse, aber auch auf die zeitliche Verfügbarkeit des Antriebsmotors aus. Dieser wird mechanisch weniger belastet, was zu einer längeren Lebensdauer und weniger Stillstandszeit führt.

Kompakter Prüftisch mit hoher Steifigkeit

Bei der Herstellung einer Prüf­einrichtung für eine elektrisch betriebene Antriebseinheit wurde daher ein Prüftisch gesucht, der bei kompakten Abmessungen eine so hohe Steifigkeit besitzt, dass die erste Eigenfrequenz einen Wert größer als 330 Hz aufweist. Zusätzlich sollte der Tisch eine hohe Dämpfung aufweisen, damit sich Resonanzschwingungen nicht aufschaukeln, sondern die Amplitude schnell abklingt.

Nur so wird sichergestellt, dass Störschwingungen des Untergestelles das Prüfergebnis der Antriebe nicht verfälschen. Auch bei akustischen Messungen wirkt sich die Laufruhe und geringe Lärmentwicklung derartiger Prüfstände positiv aus.

Entwickler des Prüfstandes ist das Unternehmen OPVengineering aus Karlsruhe. Bei der Entwicklung und Fertigung von kompletten Prüfständen setzt das 2013 aus dem KIT (Karlsruher Institut für Technologie) gegründete Unternehmen auch auf das Know-how von Durcrete, dem Spezialisten für zementgebundenen Mineralguss im Maschinenbau

Untergestell aus zementgebundenem Mineralguss

OPVengineering hat sich für ein massives Untergestell aus Nanodur-Beton E80 entschieden. Dieser zementgebundene Mineralguss hat einen E-Modul von über 80.000 N/mm2, der monolithische Prüfblock weist deshalb eine besonders hohe Steifigkeit auf, die derjenigen eines massiven Aluminiumblocks entspricht. Das Material ist sowohl beständig gegen Frost als auch gegen Temperaturen bis 150 °C, sodass die Kühlung und Heizung der Prüfstücke unkompliziert verwirklicht werden kann. Der Anschluss der Antriebe, Aggregate und Bremsen erfolgt über eingelassene Stahlplatten, welche auf einem Präzisionsfertigungszentrum gefräst und gebohrt wurden.

Angetan war OPVengineering vor allem von der einfachen Konstruktion. Dies spart Zeit; denn der rechteckige Klotz lässt sich mit wenig Aufwand ganz individuell konstruieren und zeichnen, danach werden noch die stählernen Anschlussplatten, die Lackierung sowie Genauigkeiten festgelegt. Die Verbindung von Stahl und Beton legt der Hersteller fest, so vereinfacht sich auch dabei der Konstruktionsprozess ganz wesentlich. Zudem können Überlegungen zu Mindestdicken, Steifeblechen oder Schweißnahtangaben komplett entfallen.

Der Prüftisch mit den Maßen 1450 mm × 1100 mm × 625 mm (L × B × H), sowie einem Gewicht von circa 3,5 t wurde von Durcrete erstellt. Der außerordentlich hohe E-Modul des Materials ist laut Durcrete einzigartig auf dem Markt der massiven Maschinenbetten und wird durch eine industriell hergestellte Gesteinskörnung erzielt. Der selbstverdichtende Beton wird ohne Rütteln hergestellt, leichte und somit preiswerte Einmal-Holzformen sind meist ausreichend. Genauigkeiten bis zu 5 µm werden durch nachgelagerte Bearbeitung erzielt.

Dynamische Messungen an Prüfständen für andere Kunden aus dem Automotive-Bereich zeigen, dass der Nanodur-Beton mit einem Materialgesetz nach dem hookeschen Gesetz gut berechnet werden kann und die Abweichungen zu Messungen an fertigen Prüftischen kleiner als 5 % sind.

* Weitere Informationen: Durcrete GmbH, 65549 Limburg an der Lahn, Tel. (0 64 31) 5 84 03 76, info@durcrete.de, www.durcrete.de

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