TEST STAND FOR INVESTIGATING THE RELIABILITY OF MOTOR VEHICLE COMPONENTS

Abstract: 1. A method of testing motor vehicle equipment cooperating with an internal combustion engine on a test stand, comprising a holding device comprising a sectional girder (17) for carrying supporting elements (15, 16) for connecting to suspension devices (8, 9, 12, 13) identical with those on a vehicle being movably guided and energised by at least one controllable exciter (2, 2') for simulating movements of the vehicle, and movements of the internal combustion engine being also simulated on the motor-vehicle equipment (6, 21) by an additional exciter, characterised in that, an operative motor-vehicle drive mechanism (6) including a drivable internal combustion engine (7) is disposed in the holding device (3) in a vehicle and via suspension devices (8, 9, 11, 13) identical with those in a vehicle, and the internal combustion engine (7) serves as a separate exciter and, in order to simulate a load, is coupled to a loading machine (20) disposed in a stationary position and spatially separate from the holding device (3), the coupling being via an axle drive (14) of the motor vehicle drive mechanism (6) disposed as in a vehicle.

Description: Die Erfindung bezieht sich auf einen Prüfstand der im Oberbegriff des Hauptanspruches angebenen Art. Ein Prüfstand dieser bekannten Bauart ist in der Fachzeitschrift "Automotive Engineer" Heft 1/1985 auf den Seiten 62 und 63 gezeigt und beschrieben. Dieser Prüfstand dient der Untersuchung der Betriebsfestigkeit einer fahrzeuggemäss ausgebildeten und angeord neten Abgasanlage für r eine Kfz-Brennkraftmaschine. Hierbei kann die Abgasanlage den aus Fahrzeugbewegungen und den aus Brennkraftmaschinen-Bewegungen herrührenden mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Prinzipiell können auf diesem Prüfstand auch andere Kfz-Einrichtungen den vorgenannten Belastungen zur Untersuchung auf Betriebsfestigkeit ausgesetzt werden. Für die Simulation der o.g. Fahrzeug- und Brennkraftmaschinen-Bewe- gungen sind entsprechende Daten für die Regelung/Steuerung der jeweiligen Erreger an einem Kraftfahrzeug zu ermitteln. Sollen beide Bewegungsarten in ihrer gegenseitigen Beeinflussung an der Kfz-Ein richtung über das gesamte Fahrz-Leistungs-Spektrum des Kraftfahrzeuges erfasst werden' ist dazu eine grosse Anzahl Daten erforderlich. Diese Daten allein ergeben für die Untersuchung z. B. einer fahrzeuggemässen Abgasanlage jedoch keine wirklichkeitsnahe Simulation an Belastungen. Nicht berücksichtigt sind die thermischen und chemischen Beanspruchungen, auch fehlt die Beanspruchung durch die pulsierende Gasstromung der Brennkraftmaschine. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand der eingangs beschriebenen Bauart so weiterzubilden, dass eine Kfz-Einrichtung, insbesondere eine Abgasanlage, den wirklichen Umständen entsprechend zur Untersuchung auf Betriebsfestigkeit belastet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung ist in der Vereinigung einer zur Simulation von Fahrzeug bewegungen dienenden Aufnahmevorrichtung mit einem betriebsfähigen Kfz-Antriebsstrang einschliesslich betreibbarer Brennkraftmaschine zu einem eine Belastungsmaschine umfassenden Prüfstand zu sehen. Dadurch ist der Antriebsstrang Bestandteil des Prüfstandes, wobei Teile des Antriebsstranges zugleich Untersuchungsobjekte sind. Damit können Kfz-Einrichtungen unter nahezu allen mechanisch-dynamischen, thermischen und chemischen Belastungen wirklichkeitsnah getestet werden. Durch eine frei beeinflussbare Brennkraftmaschine in der simultan Fahrzeugbewegungen ausführenden Aufnahmevorrichtung kann ferner jede gewünschte Koreiation zwischen einem Betriebspunkt in Teil- oder Vollast der Brennkraftmaschine und den fahrbahnerregten, tieffrequenten Schwingungen bzw. Fahrzeugbewegungen bei erträglichem Datenumfang erzeugt werden. Damit können alle wesentlichen externen Belastungsgrössen (Lastzustand und Fahrbahnreaktion) z. B. für den nach Anspruch 2 angegebenen Brennkraftmaschinen-Abgasanlagen-Komplex nachgebildet werden, wobei in vorteilhafter Weise sich die internen, d.h. thermischen, chemischen und gasdynamischen Beanspruchungen selbst fahrzeuggerecht einstellen. Mit den Merkmalen des Anspruches 3 ist ein biege- und schwingungssteifer Tragrahmen geschaffen, der eine im Aufbau einfache Aufnahmevorrichtung darstellt. Ein weiterer Vorteil dieses Tragrahmens ergibt sich, wenn dessen parallele Profilträger in ihrem gegenseitigen Abstand auf die Breite des grössten Fahrzeugmodelles aus einem verschieden grosse Fahrzeugmodelle umfassenden Angebot abgestellt werden. Damit können die Antriebstränge kleinerer Fahrzeugmodelle jeweils im gleichen Tragrahmen aufgebaut werden. Die Anordnung des Tragrahmens auf vorzugsweise zwei Servohydraulikzylindern und dessen Halterung über mit Standsaulen verbundenen Führungsstreben nach Anspruch 4 eröffnet die Möglichkeit, den den Tragrahmen und den Antriebsstrang umfassenden Teil des Prüfstandes in eine für die Zugänglichkeit von allen Seiten gunsti- ge Position im Raum anzuordnen. Um den Tragrahmen vorteilhaft für mehrere Fahrzeugmodelle mit unterschiedlichem Radstand zu nutzen, sind nach einem Teilmerkmal die im Bereich von Vorderund Hinterachse angreifenden Servohydraul ikzylinder in ihrem gegenseitigen Abstand verstellbar angeordnet. Bei zwei an einer Achse vorgesehenen Servohydraulikzylindern können diese zusätzlich noch auf die Spurweite einstellbar sein. Mit der Anordnung mehrerer Untergestelle nach Teilmerkmalen des Anspruches 5 einerseits und der Anordnung mehrerer Schenkel an einem Untergestell nach Anspruch 6 andererseits zur Anbindung an die Profilträger werden bei diesen die freien, schwingfahigen Längen wesentlich verkürzt und somit der Tragrahmen zusätzlich schwingungssteif ausgebildet. Damit können bei einem für Antriebsstränge verschiedener Fahrzeugmodelle geeigneten Tragrahmen aus tieffrequenten, fahrbahnerregten Schwingungen für simultane Fahrzeugbewegungen entstehende Biegeschwingungen sicher vermieden werden, um die über die Servohydraulikzylinder erzeugten Fahrzeugbewegungen nicht durch Überlagerungen zu verfälschen. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist der Vorteil eines auswechselbaren Tragrahmens erzielt. Das Auswechseln des Tragrahmens mit instaliertem Antriebsstrang wird durch nach Anspruch 8 anordbare und lenkbare Räder zusatzlich gefördert. Bei mehreren Tragrahmen für den erfindungsgemässen Prüfstand ergibt sich damit der Vorteil, dass neben einem im Prüfstand befindlichen Tragrahmen mit Antriebsstrang der oder die übrigen Tragrahmen wahrend der Testzeit auf- oder umgerüstet werden können. Um störende Überlagerungen der simultanen Fahrzeugbewegungen andererseits zu vermeiden, ist nach Anspruch 9 eine Versorgungs-l Steuer-I Kontroll-Einrichtung für die betriebsfähige Brennkraftmaschine des Antriebsstranges vom Tragrahmen getrennt angeordnet, wobei die erforderlichen Leitungen beiderseits von am Tragrahmen angeordneten Armaturen frei pendeind angeordnet sind. Diese Armaturen sind auch im Sinne einer raschen Auswechselbarkeit des mit den Antriebsstrang kombinierten Tragrahmens mit Kupplungen ausgerüstet. Schliesslich umfasst der erfindungsgemässe Prüfstand nach Anspruch 10 eine für Zug- und Schubbetrieb vorgesehene Belastungsmaschine, welche eine im Vier-Quadranten-Betrieb arbeitende Gleichstrommaschine ist. Dies ermöglicht auch die im Schiebebetrieb des Kraftfahrzeuges auftretenden Belastungen am Antriebsstrang zu simulieren. Die in Richtung einer Radantriebswelle angeordnete, feststehende Belastungsmaschine greift über eine Gleichlaufgelenkwelle an einem Wellenflansch des Achsgetriebes an, dessen Ausgleichsgetriebe gesperrt ist. Zur raschen Auswechselbarkeit des Tragrahmens mit Antriebsstrang von der Belastungsmaschine ist die Gleichlaufgelenkwelle kuppelbar ausgebildet. Anstelle des Achsgetriebes ist auch ein gesondertes Winkelgetriebe im Gehäuse des Achsgetriebes denkbar. Es bleibt im Rahmen der Erfindung, einen Antriebsstrang mit Brennkraftmaschine über fahrzeug identische Aufhängevorrichtungen fahrzeuggemäss unmittelbar am Tragrahmen anzuordnen. Für die Verwendung eines Tragrahmens für unterschiedliche Antriebsstränge sind an den Profil trägern verschiebbar angeordnete Tragelemente zur Nachbildung fahrzeugaufbauseitiger Anschlusspunkte für die jeweiligen fahrzeugidentischen Aufhängevorrichtungen vorteilhaft. Damit können bei einem Prüfstand nach der Erfindung serienmässige Fahrzeugbauteile des Antriebsstranges als Prüfstandskomponenten verwendet werden. Der Prüfstand ermöglicht es, nicht nur bei einer (zu entwickelnden) Abgasanlage alle relevanten mechanischen, chemischen und thermischen Beanspruchungen wirklichkeitsnah zu simulieren, sondern auch andere Bauteile des Antriebsstranges auf ihre Lebensdauer in Betriebslasten-nach-Fahrversuch zu untersuchen. Dazu gehören alle Motoranbauteile, wie z. B. der Riementrieb für Nebenaggregate, die Lichtmaschinenhalterung, der Motorkühler und alle motorelektrischen Bauteile, die Motortragböcke, der Vorderachsträger, das Schaltgetriebe mit Kupplung, der Getriebequerträger, die Motor- und Getriebegummilager, das Mittellager und die Gelenkwelle. Die Einsatzmöglichkeit des thermisch-mechanischen Aggregateund Abgasanlagen-Prüfstandes für Betriebsfestigkeitsuntersuchungen ist äusserst vielseitig, neben der klassischen Antriebsanordnung mit Brennkraftmaschine vorne und Antrieb hinten lassen sich auch andere Antriebskonzepte wie für Front- und Allrad-Antrieb überprü- fen. Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichung perspektivisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Ein Prüfstand 1 umfasst einen auf zwei Servohydraulikzylindern 2,2' angeordneten Tragrahmen 3, wobei der aus Leichtmetall gefertigte Tragrahmen 3 über räumlich verteilt angeordnete Fuhrungsstreben 4,4' mit feststehenden Standsäulen 5 über zwischengeschaltete Gelenke räumlich beweglich ortsfest gehalten ist. In dem Tragrahmen 3 ist ein betriebsfähiger Kfz-Antriebsstrang 6 mit betreibbaren Brennkraftmaschine 7 uber fahrzeugidentische Aufhängevorrichtungen wie Motorträger 8, Querträger 9 für Wechselgetriebe 10, Mittellager 11 für eine geteilte Gelenkwelle 12 und einen Hinterachsträger 13 zum Anschluss eines Achsgetriebes 14 angeordnet. Brückenartige Tragelemente 15 und Einzeltragelemente 16 an parallelen, etwa auf eine Fahrzeugbreite beabstandeten Profilträgern 17 des Tragrahmens 3 verschiebbar angeordnet, dienen zum fahrzeugidentischen Anschluss der vorgenannten Aufhängevorrichtungen für den Antriebsstrang 6. Mit einem der Radantriebs-Wellenflansche 18 ist über eine Gleichlaufgelenkwelle 19 eine relativ zum Tragrahmen 3 feststehend angeordnete Belastungsmaschine 20 drehfest gekoppelt, die für Zug- und Schubbetrieb eine in Vier-Quadranten-Betrieb betreibbare Gleichstrommaschine ist. Für wirklichkeitsnahe Untersuchung auf Betriebsfestigkeit einer fahrzeugidentischen und fahrzeugoriginal aufgehängten Abgasanlage 21 bildet der Antriebsstrang 6 mit der betriebsfahigen Brennkraftmaschine 7 in Kombination mit dem Tragrahmen 3 einen Teil des Prüfstandes 1. Hierbei dient die betriebene Original-B rennkraftmaschine 7 als antriebsseitiger Erreger für die Abgasanlage 21. Simultane Fahrzeugbewegungen werden über die im Radstand eines Fahrzeuges voneinander entfernt angeordneten Servohydraulikzylinder 2,2' in den Tragrahmen 3 eingeleitet. Dessen Profilträger 17 sind mit Schenkel 22', 23' und 24' von quer zu den Profiltr gern 17 angeordneten U-formigen Urtergestellen 22, 23 und 24 fest verbunden, ein die Stege 22", 23" und 24" der vorerwähnten Untergestelle mittig verbindender Längsträger 25 versteift den Tragrahmen 3. Der Tragrahmen weist in einem Endbereich zwei etwa entsprechend der Länge der Brennkraftmaschine 7 beabstandete Untergestelle 22 und 23 auf, die miteinander über einen Abschnitt des Längsträgers 25 und zusätzlich durch in den Endbereichen der Stege 22" und 23" fest angeordnete Längsgurte 26 in Verbindung stehen. Am Längsgurt 26 ist eine Anschlussstelle fur die weitere Führungsstrebe 4' angeordnet, die mit einer der am Profilträger 17 angreifenden Führungsstrebe 4 eine Parallel führung bildet. Bei dem gezeigten Prüfstand 1 sind die tieffrequenten, fahrbahnerregten Schwingungen, die über den nicht gezeigten Fahrzeugaufbau, den Antriebsstrang 6 und die Aufhängungen der Abgasanlage 21 diese dynamisch belasten, auf die zwei wesentlichen Freiheitsgrade der Vertikalbewegung und der Nickbewegung reduziert. Das im Bereich des Achsgetriebes 14 angeordnete Untergestell 24 weist in jedem Endbereich seines Steges 24" zwei im gegenseitigen Abstand am jeweiligen Profilträger 17 angreifende Schenkel 24' auf. Damit sind an den Profiltragern 17 die freien, schwingfahigen Längen wesentlich verkürzt. Mitteis nicht näher gezeigter, schnell lösbarer Kupplungen sowohl für die Servohydraulikzylinder 2,2' als auch für alle FUhrungsstre- ben 4,4' - die als Stangen oder auch als Servohydraulikzylinder ausgebildet sein können - kann der Tragrahmen 3 mit dem kompletten Antriebsstrang 6 leicht ausgewechselt werden. Der Auswechelbarkeit förderlich sind mit lenkbaren Rädern ausgerüstete Fahrwerke (nicht gezeigt), die mit den Untergestellen 22 und 24 kuppelbar sind. Schliesslich sind am Tragrahmen 3 im Bereich der Brennkraftmaschine 7 Armaturen 28 angeordnet, die mit einer vom Tragrahmen 3 getrennt angeordneten Versorg ungs-/ Steuer-/ Kontroll-Einheit 27 über frei bewegliche Leitungen für motorische Betriebsstoffe sowie Steuer- und Kontrolleinrichtungen einerseits und weiteren, zur Brennkraftmaschine 7 führenden Leitungen andererseits verbindbar sind. Funktionsweise: Zur beispielsweisen Untersuchung der Betriebsfestigkeit der Abgasanlage 21 wird diese an die Brennkraftmaschine 7 angeschlossen, die in Verbindung mit einem betriebsfähigen Antriebsstrang 6 fahrzeugidentisch im Tragrahmen 3 angeordnet ist. In den über die Führungsstreben 4,4' räumlich beweglich ortsfest gehaltenen Tragrahmen 3 werden aus dem Spektrum der Fahrzeugbewegungen vorzugsweise Vertikal- und Nickbewegungen über die Servohydraulikzylinder 2,2' eingeleitet. Zu den fahrzeugdynamischen Belastungen der Abgasanlage 21 treten die mechanischen, thermischen, chemischen und gasdynamischen Belastungen der in Betrieb gesetzten Brennkraftmaschine 7, die als antriebsseitiger Erreger dient. Dabei kann mittels der Belastungsmaschine 20 im Zugbetrieb der gesamte Leistungsbereich der Brennkraftmaschine 7 dargestellt und die damit verbundenen Belastungen erzeugt werden. Ferner kann die Brennkraftmaschine 7 mittels der Belastungsmaschine 20 geschleppt werden, womit im Schiebebetrieb auftretende Belastungen simuliert werden können. Die Simulation von Lastwechsel ermöglicht schockartige Änderungen der A bgastem pe- raturen, die Ausdehnungsunterschiede in der Abgasleitung und damit zusätzliche Warmespannungen ergeben. Mit dem Prüfstand 1 kann die Abgasanlage 21 als ein geometrisch kompliziertes Gebilde, bestehend aus Topfen unterschiedlicher Anzahl, Form und Gewicht (Katalysator) und raumlich verlegten Verbindungsrohren, die sich zudem über die gesamte Fahrzeuglänge erstrecken kann, realistisch getestet werden.

Claims: Patentansprüche 1. Prüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit einer Kfz-Einrichtung, - mit einer bewegbar geführten Aufnahmevorrichtung (3), - die Profiltr ger (17) zur Anordnung von Tragelementen (15,16) für die Verbindung mit fahrzeugseitigen Aufhangevor richtungen (8,9,11,13) umfasst, und - die mit mindestens einem regel-/steuerbaren Erreger (2,2') zur Simulation von Fahrzeugbewegungen in Antriebsverbindung steht, - ferner mit einem gesondert auf die Kfz-Einrichtung (6,21) einwirkenden Erreger zur Simulation von Brennkraftmaschinenbe- wegungen, dadurch gekennzeichnet, - dass ein betriebsfähiger Kfz-Antriebsstrang (6) über fahrzeug identische Aufhangevorrichtungen (8,9,11,13) fahrzeuggemass in der Aufnahmevorrichtung (3) angeordnet ist und - dass der Kfz-Antriebsstrang als gesondert einwirkenden Erreger -eine betreibbare Brennkraftmaschine (7) umfasst, - die über ein fahrzeuggemäss plaziertes Achsgetriebe (14) des Antriebsstranges mit einer relativ zur Aufnahmevorrichtung feststehend angeordneten Belastungsmaschine (20) in drehfester Verbindung steht. 2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (7) mit einer fahrzeuggemässen Abgasanlage (21) ausgerüstet ist. 3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, - dass die Aufnahmevorrichtung (3) für die Tragelemente (15) etwa auf eine Fahrzeugbreite beabstandete, parallele Profil träger (17) umfasst, - die mit Schenkeln (22',23',24') von quer zu den Profiltr gern angeordneten U-förmigen Untergestellen (22,23,24) fest verbun den sind und - dass ein die Stege (22", 23", 24") der Untergestelle mittig verbindender Längsträger (25) die Aufnahmevorrichtung versteift. 4. Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die Aufnahmevorrichtung (3) über in einem Radstand eines Fahrzeuges anordbare Servohydraul ikzylinder (2,2') sowie - über räumlich verteilt angeordnete, mit feststehenden Stand -säulen-4-5) gelenkig-verbundene Führungsstreben (4,4') räumlich beweglich ortsfest gehalten ist. 5. Prüfstand nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die Aufnahmevorrichtung (3) im Bereich der Brennkraftma schine (7) zwei etwa entsprechend der Länge der Brennkraftma schine beabstandete Untergestelle (22,23) aufweist, - die miteinander über einen Abschnitt des Längsträgers (25) und zusätzlich durch in den Endbereichen der Stege (22", 23") fest angeordnete Längsgurte (26) in Verbindung stehen, - wobei ein Längsgurt zusätzlich eine Anschlussstelle für eine weitere Führungsstrebe (4') aufweist, - die mit einer am Profilträger (17) angreifenden Führungsstrebe (4) eine Parallelführung bildet. 6. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Bereich des Achsgetriebes (14) angeordnete Untergestell (24) in jedem Endbereich seines Steges (24") zwei im gegenseitigen Abstand am jeweiligen Profiltr ger (17) angreifende Schenkel (24') aufweist. 7. Prüfstand nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung t3) jeweils mittels schnell lösba- rer Kupplungen mit den Servohydraulikzylindern (2,2') und Führungsstreben t4,4') in Verbindung steht. 8. Prüfstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (3) mit lenkbaren Räder! Rollen aufweisen den Fahrwerken verbindbar ist. 9. Prüfstand nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, - dass Armaturen (28) an der Aufnahmevorrichtung (3) im Bereich der Brennkraftmaschine (7) angeordnet sind, - die mit einer von der Aufnahmevorrichtung getrennt angeordne ten Versorgungs-/Steuer-! Kontroll-Einheit (27) über frei bewegliche Leitungen fur Betriebsstoffe der Brennkraftmaschine sowie Steuer- und Kontrolleinrichtungen einerseits und - weiteren, zur Brennkraftmaschine fuhrenden Leitungen anderer seits verbindbar sind. 10. Prüfstand nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die Belastungsmaschine (20) für Zug- und Schubbetrieb vorgesehen ist, und - mit einem Radantriebs-Wellenflansch (18) des Achsgetriebes (14) über eine Gleichlaufgelenkwelle (19) kuppelbar ist. 11. Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (3) in Leichtbauweise ausgebildet ist.

Inventors: HOLZHEIMER, GEORG, HOLZLWIMMER, KARL, KOLITSCH, JORG, Hölzlwimmer, Karl, Kolitsch, Jörg
Applicants: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: G01M17
IPC codes: G01M13