Prüfstände
Der Druckkammprüfstand dient zur Bestimmung der Klaffkraft von Welle-Nabe-Verbindungen unter exzentrisch umlaufender Axialkraftbeanspruchung. Es kann sowohl die statische Klaffkraft bei stehender Verbindung als auch die dynamische Klaffkraft bei rotierender Verbindung bestimmt werden. Die durch einen Hydraulikzylinder erzeugte Axialkraft wird beim statischen Versuch durch einen Stempel, beim dynamischen durch ein Axiallager abgestützt. Die Radiallagerung der Welle erfolgt durch zwei Gleitlager. Diese erlauben eine Axialverschiebung der Welle, die aufgrund der Nabenverformung während des Versuchs notwendig wird. Die Durchbiegung der Nabe wird anhand eines Wegaufnehmers registriert und das Klaffen der Verbindung durch einen Drucksensor beobachtet.
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Der Exzenterprüfstand wird für dynamische Bauteiluntersuchungen unter Torsionsbelastung und/oder Umlaufbiegung verwendet. Das dynamische Torsionsmoment wird durch einen Hebelarm erzeugt. Über eine Spindel werden die gewünschten Mittellasten aufgebracht. Die Amplitude des Drehmoments ist über exzentrische Bohrungen am Kurbeltrieb variierbar. Durch diesen modularen Aufbau können Drehmomentbelastungen im Bereich von ± 3000 Nm schwellend oder wechselnd aufgebracht werden. Die Umlaufbiegung wird über eine exzentrische Auslenkung des Antriebsstrangs erreicht. Die Querkraft bewegt sich relativ gesehen um die Mittelachse des Prüflings. Der wesentliche Vorteil dieser Umkehrung der Bewegungspartner ist der vereinfachte Abgriff der Messsignale am Prüfling, da dieser nicht rotiert.
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Der Lagerprüfstand wird zur Untersuchung der dynamischen Körperschallübertragungseigenschaften von Wälz- und Gleitlagern verwendet. Aufgrund seines flexiblen Aufbaus können Prüflingsdrehzahl, Lasten (radial und axial) und Schmierungszustände nach Wahl eingestellt werden. Durch einen Shaker können zusätzlich zur statischen Last beliebige dynamische Anregungskräfte als Körperschallsignale in den Prüfstand eingeleitet werden. Die Signalverarbeitung erfolgt in Echtzeit durch einen 32-kanaligen Signalanalysator mit bis zu 102 k-Samples pro Sekunde. Neben den Signalen aus den ruhenden Gehäusebereichen werden mittels einer digitalen 8-Kanal-Telemetrie die auf die Welle übertragenen Körperschallsignale berührungslos zum Signalanalysator übertragen. Um einen sicheren Prüfstandsbetrieb zu gewährleisten, ist die permanente Überwachung wesentlicher Funktionen in einen Sicherheitskreis integriert. Dazu gehört die redundante Auslegung der Ölversorgung der Prüfstandshauptlager mit Hilfe einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und eines Öldruckspeichers.
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Der Schleuderprüfstand wird zur Erprobung schnell drehender Strukturen verwendet. Zur Aufnahme von Prüfkörpern stehen wahlweise drei Spindeln mit unterschiedlichen Drehzahlgrenzen und Tragfähigkeiten zur Verfügung. Der Antrieb der Spindeln erfolgt durch einen Elektromotor über Antriebsriemen. Durch Variation der Riemenscheiben und einen Frequenzumrichter lässt sich die Spindeldrehzahl stufenlos in einem weiten Bereich den Anforderungen anpassen. Der Prüfstandsaufbau befindet sich aus Sicherheitsgründen in einer Grube, die während der Versuchsdurchführung mit Holzbohlen und Betonplatten abgedeckt werden kann. Die Versuchsüberwachung erfolgt mittels Videokamera von einem Nebenraum aus, in dem auch die Messtechnik sowie die Steuerung des Elektromotors installiert sind. Die Messdatenübertragung in den Überwachungsraum ist durch Kabelkanäle möglich. Zur drahtlosen Messwertaufnahme an drehenden Strukturen steht eine Telemetrie zur Verfügung.
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Mittels des Seilprüfstands werden Längs- und Querelastizitätsmodul als charakteristische Kennwerte von Draht- und Kunststoffseilen bestimmt. Zur Ermittlung der Querelastizität wird ein einzelnes Seil bzw. ein ganzes Seilpaket erst in Axialrichtung vorgespannt und anschließend in Querrichtung mit einer vordefinierten Kraft beaufschlagt. Dabei wird der Kraft-Verformungs-Verlauf aufgenommen, auf dessen Grundlage die nachfolgende Bestimmung des Querelastizitätsmoduls stattfindet. Für die benötigte Längsvorspannung sorgen Hydraulikzylinder, während ein Hochdruckhydraulikzylinder die Querkraft aufbringt. Zur Bestimmung des Querelastizitätsmoduls kann das Seilpaket sowohl in einer Säulen- als auch in einer Pyramidenanordnung geschichtet werden. Die einzelnen Seile sind dabei jeweils über einen Kraftmessring verankert, wodurch ein genauer Abgleich der axialen Vorspannung möglich ist.
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Der Seiltrommelprüfstand dient der Verifizierung des Beanspruchungsverhaltens von Seiltrommeln im Betrieb. Die Prüftrommel kann in dem Verspannkreis aus Hydrauliksystem, Seil und Spillwinde mit betriebstypischen Lastkollektiven gefahren werden. Die Ermittlung der auftretenden Dehnungen bzw. Spannungen in Mantel und Bordscheiben erfolgt mit Hilfe von DMS. Mittels Telemetrie werden die aufgenommenen Messsignale an einen Messrechner übertragen und dort verarbeitet. Das Steuerprogramm des Prüfstands ermöglicht die Simulation verschiedener Betriebssituationen, wie z.B. das Aufwickeln des Seiles mit konstanten Betriebsparametern (Zugkraft, Seilgeschwindigkeit) oder mit variablen Parametern in Abhängigkeit von der jeweiligen Seillage. Automatisierte Dauerversuche mit Vorprogrammierung der Betriebsparameter sind ebenfalls möglich.
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Der winkel- bzw. drehmomentgeregelte, servohydraulische Prüfstand wird für statische, quasistatische und dynamische Bauteiluntersuchungen unter reiner Drehmomentbelastung verwendet. Das Drehmoment wird durch einen Hydroschwinger erzeugt, der durch ein Membrankupplungspaar mit dem Prüfling verbunden ist. Mit Hilfe dieser Anordnung lässt sich erreichen, dass die Belastung weitgehend frei von überlagerten Biege- und Querkraftbeanspruchungen sowie Fluchtungsfehlern ist. Eine flexible, schnelle und wechseltorsionsfeste Einspannung der Prüflinge wird durch eine Klemmverbindung gewährleistet. Die erforderlichen Messgrößen werden durch Druck- und Drehwinkelaufnehmer sowie eine Drehmomentmesswelle erfasst.
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Der Torsionsschwingprüfstand erlaubt dynamische Bauteiluntersuchungen unter reiner wechselnder oder schwellender Drehmomentbelastung. Das Drehmoment wird durch ein mechanisches Hebelsystem erzeugt. Über eine Spindel werden die gewünschten Mittellasten aufgebracht. Mit Hilfe exzentrischer Bohrungen am Kurbeltrieb lässt sich die Amplitude des Drehmoments variieren. Durch diesen modularen Aufbau können dynamische Drehmomentbelastungen von bis zu 7500 Nm schwellend oder wechselnd erreicht werden. Wesentlicher Vorteil des Prüfstandaufbaus ist die vereinfachte Anbringung der Messsensorik am nicht rotierenden Prüfteil. Die Prüfstandssteuerung erfolgt mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung. Über externe Messverstärker erfolgt die weitere Signalverarbeitung der Messsensorik.
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Der Umlaufbiegeprüfstand wird für statische, quasistatische und dynamische Bauteiluntersuchungen unter Biegebelastung verwendet. Durch die feste Verbindung mit der zweifach gelagerten Antriebswelle ist der Prüfling einseitig eingespannt. Mit Hilfe der darüber angeordneten radialen Verspannvorrichtung wird die Querkraft aufgebracht und über ein Wälzlager auf den Prüfling übertragen. Bei der Messung der Querkraft kommt eine Kraftmessdose mit angeschlossenem Messverstärker zum Einsatz. Mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung werden die aktuelle Lastspielzahl und die anliegende Querkraft permanent überwacht – tritt ein Querkraftabfall auf, wird der Antrieb umgehend abgeschaltet. Die Frequenz der Belastung bei den dynamischen Versuchen kann durch das Wechseln der Riemenscheiben in Verbindung mit einem Frequenzumrichter in einem weiten Bereich stufenlos eingestellt werden.
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Der Verspannprüfstand I wird für dynamische Bauteiluntersuchungen unter Umlaufbiegung bei statischer Torsionsbelastung verwendet. Durch das mechanische Verspannkonzept ist der Energieaufwand dabei auf ca. 10 % der umlaufenden Prüfleistung von 210 kW reduziert. Der hydraulische Drehflügelmotor hält bei Verdrehspielzunahme die Torsionsbelastung konstant. Die Umlaufbiegung wird über Querkräfte aus geregelten Spindelhubgetrieben erzeugt. Die paarweise eingebauten Prüflinge sind dazu durch Metallbalgkupplungen entkoppelt. Für Bauteiluntersuchungen mit vorgegebenen radialen Verschiebewegen kann ein Verschiebetisch alternativ zum Querkraftmodul eingebaut werden. Neben der Onlineüberwachung von Drehmoment, Drehzahl und Querkraft werden über das verfahrbare Strahlungspyrometer berührungslos die Oberflächentemperaturen der Bauteile überwacht.
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