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Theorie

Leistungsprüfstände Theorie

Messmethoden für Motordrehmoment und Motorleistung

Das Problem des Testens von Verbrennungsmotoren mit stationare Leistungprüfstände ist ziemlich komplex. Für die korrekte Messung der Leistung und des Drehmomentes müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Je nach Verwendungsweck und der Art und Weise, wie man den Leistungsprüfstand benutzt, kann man grundsätzlich drei Lösungen unterscheiden, und zwar die Inertialmessung (bei Beschleunigung), die Messung im Belastungsmodus (bei Beschleunigung) und die Messung mit dem Gleichgewicht der Kräfte (abgebremst).

Die von uns hergestellten Rollenprüfstände können in allen diesen Konfigurationen arbeiten, dies hängt nur von deren Optionen und ihrer Ausstattung ab. Die Leistungsprüfstände, die mit einer oder mehreren Wirbelstrombremsen ausgestattet sind, werden wir im Weiteren als Leistungsprüfanlagen bezeichnen. Die Rollenprüfstände, die im Inertialmodus arbeiten, die mit keiner Bremse ausgestattet sind, werden wir im Weiteren als Inertialprüfstände bezeichnen. Achtung: ausnahmslos alle von uns angebotenen Leistungsprüfstände sind mit Hebeanlagen ausgestattet, die die Autos von den Rollen hochheben, einschließlich einer Sperrbremse für die Rollen. Die Rollenbremse darf nicht mit der Wirbelstrombremse verwechselt werden.

Inertialmessung (Messverfahren möglich auf der Leistungsprüfanlage und auf dem Inertial-Prüfstand)

Die Inertialmessung besteht darin, dass das Auto im Rollenprüfstand zuerst beschleunigt wird und anschließend, nach dem Auskuppeln, gewartet wird, bis das Auto ohne Betätigung der Bremse zum Stillstand kommt. Die Belastungen des Motors stellen die Rollenmasse, die Rollwiderstände und die Widerstände der Antriebseinheit dar. Die Messzeit beträgt etwa 10 bis 30 Sekunden unter voller Belastung und einige Minuten für das Ausrollen auf dem Leistungsprüfstand bis zum Stillstand. Die Leistung und das Drehmoment werden als Funktionen der Beschleunigung des Fahrzeuges auf den Rollen (Leistung, Drehmoment auf den Rädern) sowie dessen Verlangsamung (Leistung und Verlustmoment) gemessen. Deren Summe macht das Ergebnis aus, das die Motorleistung und das Motordrehmoment darstellt.

Die Inertialmessung hat im Vergleich mit der Belastungsmessung einige wesentliche Vorteile:

  • sie erfordert eine kürzere Zeit der Vollbelastung, ist daher sicherer für den Motor,
  • sie erfordert keine kostenaufwändigen Kühlsysteme für das Auto – ausreichend ist ein mittelgroßer Ventilator,
  • sie ist genauer, denn das Tensometer der Bremse sowie Einschränkungen bei der Steuerbarkeit der Bremse und deren thermisches Verhalten verschlechtern die Genauigkeit bei einer Belastungsmessung.

Die Inertialmessung weist auch einige Nachteile auf:

  • sehr starke Turbomotoren können eine hohe Belastung für den korrekten „Aufbau“ der Nachladung erfordern. Ein Rollenprüfstand mit Bremse hat dieses Problem nicht – die Belastung kann man nach Ermessen steigern und die Genauigkeit wird sich nur unwesentlich verschlechtern,
  • der Inertialprüfstand erlaubt nicht, das Auto im Modus konstanter Drehzahl zu prüfen.

Das Inertialmessverfahren verläuft wie im Folgenden dargestellt:

  • Das Fahrzeug fährt auf den Leistungsprüfstand. Eine Hebeanlage senkt das Auto auf die Rollen ab und entsperrt diese.
  • Das Fahrzeug wird in der Achse aufgestellt und anschließend mit Gurten am Messstand befestigt.
  • Untersucht wird die Übersetzung des Ganggetriebes und des Antriebes – dies kann man nach verschiedenen Methoden durchführen. Diese Information wird in das Prüfstandprogramm eingegeben. Die Zuluftventilatoren werden in Betrieb gesetzt.
  • Nachdem man sich versichert hat, dass die Motortemperatur richtig ist, fährt der Fahrer das Auto im selbst gewählten Gang bis zur gewünschten Drehzahl hoch (gewöhnlich bis zum sog. Abschneiden).
  • Der Fahrer tritt die Kupplung und lässt den Gang eingelegt. Der Rollenpprüfstand verlangsamt bis zum Stillstand. Das Messergebnis wird auf dem Bildschirm angezeigt. Der Tuner kann die erhaltenen Ergebnisse (Leistung, Drehmoment, Widerstände der Mechanismen und des Rollens, Leistung auf den Rädern sowie die Ergebnisse der Messgeräte, mit denen der Rollenprüfstand ausgestattet ist), in Abhängigkeit von der Drehzahl analysieren.

 

Messung im Modus der dynamischen Belastung (Messverfahren möglich auf der Leistungsprüfanlage)

Die Messung in diesem Modus verläuft ähnlich wie im Inertialmodus, mit dem Unterschied, dass die Wirbelstrombremse eine größere Belastung simuliert. Der Belastungsindex ist ein Prozentwert und wird im Prüfstandsprogramm durch den Benutzer festgelegt.

Die Messung im Modus der dynamischen Belastung hat im Vergleich mit der Inertialmessung einige wesentliche Vorteile:

  • Der Benutzer kann die Belastung je nach Typ und Leistung des untersuchten Motors selbst wählen.
  • Die Messzeit kann verlängert werden.
  • Es besteht die Möglichkeit der richtigen Belastung starker Turbomotoren, um die korrekte Nachladung „aufzubauen”.

Das Messverfahren im Modus der dynamischen Belastung verläuft wie im Folgenden dargestellt:

  • Im Modus der dynamischen Belastung soll vor dem Messbeginn die zusätzliche Belastung im Prüfstandprogramm eingestellt werden (das bedeutet, die scheinbare Trägheit des Leistungsprüfstandes durch die Belastung des Fahrzeuges mit einer Wirbelstrombremse so zu erhöhen, dass das Drehmoment nicht ausgeglichen wird). Dieses Verfahren erlaubt die Belastung der Motorleistung präziser anzupassen, z.B. um die korrekte Nachladung „aufzubauen“ und aufrecht zu erhalten.
  • Das Verfahren der eigentlichen Messung verläuft, nach der Bestimmung des Belastungsindexes, identisch wie im Inertialmodus.

Belastungsmessung bei konstanter Drehzahl (Messverfahren möglich auf der Leistungsprüfanlage)

Die Belastungsmessung bei konstanter Drehzahl basiert auf dem Ausgleich der Antriebskraft des Fahrzeuges durch die Wirbelstrombremse und der Berechnung der Motorleistung auf Grund der Angaben aus dem Tensometer (Kraftsensor). Die Messzeit beträgt etwa 10 Sekunden bei Vollbelastung (für die Stabilisierung der Drehzahl und die Ablesung des Messergebnisses) für jeden Messpunkt (der konkret gewählten Drehzahl).

Messung unter Belastung bei konstanter Drehzahl – Vor- und Nachteile:

Im Hinblick darauf, dass die Leistungsmessung des Motors am Rollenprüfstand mit Bremse (unter Belastung im Modus des Antriebskraftausgleiches) mit einem größeren Fehler behaftet ist, doch dafür die Aufrechterhaltung der einen für uns interessanten Drehzahl ermöglicht, wird sie am häufigsten zu forcierten Untersuchungen an Motoren und Antriebseinheiten verwendet. Mit Bremse ausgestattete Leistungsprüfstände kaufen bei uns Firmen, die neue Steuerungssysteme oder Kraftstoffeinspritzmethoden untersuchen oder Höchstleistungsfahrzeuge konstruieren. Ein großer Vorteil dieses Rollenprüfstandes ist die Tatsache, dass man das Fahrzeug in realer Zeit an konkreten Punkten tunen kann, obwohl man sich der Einschränkungen, besonders der thermischen Einschränkungen, bewusst sein muss. Das Auto erzeugt bei Vollbelastung die für die gewählte Drehzahl höchstmögliche Leistung und in der Konsequenz die entsprechende Wärmemenge. Infolge einer solchen Arbeit erhitzt sich leider der Motor, trotz intensiver Kühlung, und ändert somit seine Parameter (seine Leistungsfähigkeit wird abgesenkt). Kein Ventilator kann einen Windkanal mit Wind von etwa 200 km/h ersetzen, denn eben in einem solchen Luftkanal bewegt sich ein schnell fahrendes Auto auf der Autobahn. Das Fahrzeug verhält sich in wiederholbarer Weise nur während einiger zig Sekunden der Vollbelastung. Ein solcher Messmodus erfordert eine gute Untersuchungsmethode, eine wirksame Kühlung und Konsequenz in der Arbeit des Untersuchenden.

Das Messverfahren im Modus der konstanten Drehzahl verläuft wie folgt:

  • Der Untersucher legt im Programm die Messpunkte fest, während derer die Drehzahlstabilisierung erfolgt.
  • Der Fahrer fährt das Auto hoch, tritt das Gaspedal durch (wenn die Messung für eine vollständige Öffnung der Drosselklappe ausgeführt werden soll). Der Leistungsprüfstand belastet automatisch das Auto, bis die Drehzahl den eingegebenen Sollwert erreicht hat, so dass das Auto weder verlangsamt noch beschleunigt wird. Der Leistungswert, der auf Grund der Tensometeranzeige berechnet wurde, wird auf dem Bildschirm in realer Zeit dargestellt. Der Tuner kann Änderungen während der Messung vornehmen und die Ergebnisse seiner Arbeit auf dem Bildschirm verfolgen.

Was bietet Dir unsere Technologie der Leistungsmessung an?

Immense Schnelligkeit der Datenspeicherung

Der Hauptnachteil der auf dem Markt angebotenen Prüfstandlösungen ist ihre Probeentnahmefrequenz. Auf den Diagrammen aus Rollenprüfständen vieler Firmen sind deutlich mehrere oder auch über zehn Striche zu sehen, aus denen die Kennlinienverläufe den tatsächlichen angenähert werden. Selbstverständlich lässt sich das Diagramm manchmal anhand von Kurven glätten, kann dies aber als reales Ergebnis gelten? Meistens werden die Stichproben der Leistung und des Moments am Leistungsprüfstand alle 0,3-1,0 s ausgeführt und das festgestellte Ergebnis ist de facto die Durchschnittsleistung und das Durchschnittsmoment im jeweiligen Zeitintervall. Infolge dieser Technik ergibt eine zweimalige Messung des sich plötzlich verändernden Drehmoments (wie bei Turbodieseln) zwei verschiedene Ergebnisse, je nachdem, wie sich die Stichprobenintervalle gerade gestaltet haben.

Vor einigen Jahren hat unsere Firma eine neue Technologie der Drehmomentmessung entwickelt, die sowohl bei Brems- als auch bei Inertialprüfständen Anwendung findet. Ursprünglich war diese Messmethode für Laborleistungsmessungen gedacht, trotzdem befindet sie sich auch in unserem Handelsangebot. Die Methode basiert auf der von uns patentierten Technologie TrueForce™, die die völlig stufenlose Messung des Drehmoments ermöglicht. Angesichts der Schnelligkeit der Kräfteveränderungen am Rollenprüfstand wird die Messung in Echtzeit und mit enormer Genauigkeit durchgeführt.

In Wirklichkeit liefert der Leistungsprüfstand-Transkodierer bis zu dreitausend Informationen in jeder Sekunde über den Momentanwert des Drehmomentes und der Leistung – ein linear unabhängiger Messpunkt wird alle 0,0003 s ins Diagramm eingetragen. Der Zeitpunktbestimmungsfehler ist kleiner als 0,00001 s. Mehr noch – eine solche Genauigkeit wird als Standardausstattung angeboten. Die Veränderungen in den Diagrammen sind kontinuierlich. Warum? Weil die Arbeit des Motors und die Drehmomentveränderungen wegen der großen eigenen Trägheit auch nicht sprunghaft sind. Die Messgenauigkeit ist so hoch, dass das Diagramm fließend ist und nicht wackelt, jedoch wird eine Messungsunterbrechung oder sogar die geringste Störung erbarmungslos erfasst, so dass man die Motordrehzahl, bei der sie aufgetreten ist, feststellen kann. Es lassen sich solche subtilen Erscheinungen beobachten wie Momentanresonanzen, ein Abgleiten der Räder (die Rollenlage ist jederzeit mit einer Genauigkeit bis zu Bruchteilen eines Winkelgrades bekannt) oder minimale „Ausfälle“ des Momentes beim Ausgleichen des Nachladungsdrucks. Sogar einzelne ausfallende Zündungen senken das Motordrehmoment und sind trotz des Schwungrades sichtbar! Mehr noch, die Ergebnisse sind bei vielen Tests (selbstverständlich soweit wir für die Einhaltung der konstanten Motortemperatur Sorge tragen und die Tests nicht allzu oft nacheinander wiederholt werden) bis zum Gehtnichtmehr wiederholbar.

Alles das wird ohne jegliches Glätten, ohne Mittelbildung, ohne Umrechnung mit imaginären Prozentsätzen und Koeffizienten erreicht. Eine solche Genauigkeit und Präzision bietet keine andere Lösung – Du musst es einfach sehen, um die Möglichkeiten des Systems TrueForce vollkommen einschätzen zu können.

Sehr große Messgenauigkeit und hohe Wiederholbarkeit

Ein Vorteil, der sich aus unserer innovativen Messmethode unmittelbar ergibt, ist die tatsächlich hohe Wiederholbarkeit. Da die Rollenumdrehungen äußerst genau gemessen werden, sind auch die Messungen des Drehmomentes und der Leistung sowie die Positionierung der Punkte im Diagramm sehr genau. Hochwertige Lager, eine große Trägheit sowie eine äußerst präzise Auswuchtung tragen dazu bei, dass auch die Messgenauigkeit höher ist als in anderen Konkurrenzlösungen. Die Rollenprüfstände sind darüber hinaus mit Hilfe eines Gravitationsmusters des Drehmomentes kalibriert, was die korrekte Anzeige der gemessenen Absolutwerte garantiert.

Möglichkeit des einfachen Ausbaus und Modulaufbau der Lösungen

Sicherlich möchte jeder, der sich dafür entscheidet, mindestens einige tausend Euro für eine solche für ihn brauchbare Anlage wie einen Leistungsprüfstand auszugeben, wissen, was dann kommt, was man tun kann, wenn sich die Bedürfnisse steigern sollten.

Unsere Lösungen haben Modulcharakter und bieten die Möglichkeit, den Inertialprüfstand bis zur Belastungsversion auszubauen, die Messstelle mit äußeren Sensoren für Temperatur, Druck oder Gemischzusammensetzung nachzurüsten. Alle erforderlichen Maße und die Bedingungen für den Einbau der einzelnen Optionen können im Voraus in Form von Entwürfen geliefert werden, so dass der Benutzer die Zweckmäßigkeit des Raumes, den er für den Rollenprüfstand bestimmen will, auch im Hinblick auf seinen zukünftigen Ausbau überprüfen kann.

Popularität und Glaubwürdigkeit des Herstellers

Unsere Lösung haben bereits über 100 Firmen im In- und Ausland gewählt, darunter viele bekannte und populäre Tuner und Fachunternehmen! Wir gehören zu den größten Leistungsprüfstand Herstellern in Europa. Die Diagramme, die durch unser Messsystem erstellt werden, kannst Du überall antreffen – im Internet, in Zeitungen, in den Händen derer, die ihre Autos auf unseren Rollenprüfständen testen. Unsere Anlagen kann man praktisch in jedem europäischen Land vorfinden und die mit deren Hilfe erzielten Ergebnisse stimmen dank der Kalibrierung der fertigen Leistungsprüfstände in unserer Fabrik miteinander überein.

Tadellose Ausführung steigert das Prestige des Besitzers

Unsere Rollenprüfstände werden auf Stahlrahmen ausgeführt, die mit Abdeckungen aus galvanisiertem geriffeltem Blech mit zweifach aufgetragener Lackschutzschicht verkleidet sind. Die Rollen werden im nahtlosen Verfahren (ohne sichtbare Schweißnähte) hergestellt, anschließend gerändelt, mit technischem Chrom beschichtet und bis unter 1g genau ausgewuchtet. Jeder Leistungsprüfstand ist mit einer Druckluftbremse ausgestattet, die die Rollen bei der Auffahrt und beim Verlassen des Messstandes sperrt. Der Steuercomputer ist in einem professionellen, industriellen Gehäuse untergebracht, ähnlich wie das Steuergerät der Wirbelstrombremse. Die ganze Steuerung befindet sich in einem 19”-Industriegestell oder in einem speziellen Bedienungspult. Wir liefern komplett alle Elemente. Auf den Ausdrucken und Protokollen werden Adressenangaben des Käufers untergebracht und auf dem Diagramm kann im Hintergrund ein beliebiges Logo vorgesehen werden.

Wie kauft man einen Leistungsprüfstand?

Zuerst muss entschieden werden, welcher Rollenprüfstand Deine Erwartungen optimal erfüllt, es muss zusätzliches Zubehör ausgewählt sowie die Möglichkeit eines eventuellen künftigen Ausbaus bestimmt werden. Anschließend solltest Du Dich vergewissern, ob die für den Leistungsprüfstand vorgesehenen Räumlichkeiten geeignet sind, und auf Grund des von uns vorgelegten Entwurfs den Standort des Rollenprüfstandes, seine Energieversorgung, einen Platz für das Steuerpult planen und schließlich auch die Anker festlegen, an denen die Autos abgespannt werden können. Wenn Du Deine Entscheidung über die Anschaffung der Einrichtung getroffen hast, bestellst Du eine konkrete Version (Du unterschreibst eine schriftliche Bestellung, die verbindlich für beide Parteien ist), danach leistest Du eine Anzahlung. Darauf hin geben wir die Lieferzeit an – die Liefertermine schwanken zwischen 2 Wochen und 2 Monaten, je nachdem, wie kompliziert der Leistungsprüfstand sein soll.

Am vereinbarten Tag liefern unsere Spezialisten den Rollenprüfstand, jedoch muss ein unserem Entwurf entsprechendes Fundament vorbereitet sein. Der Leistungsprüfstand, der bereits in der Fabrik kalibriert wurde, wird innerhalb von einem bis drei Werktagen eingebaut und in Betrieb genommen. Dein Personal wird geschult (Betriebsanleitungen für den Rollenprüfstand werden auch dem Produkt beigelegt). Du kannst mit den Messungen beginnen ...

Du kannst aus mehreren Finanzierungsoptionen wählen. Die einfachste davon ist, eine Anzahlung zu leisten und dann beim Einbau des Leistungsprüfstandes den Restbetrag zu zahlen. Auch Leasing ist möglich.

Garantie

Wir garantieren einen fehler- und störungsfreien Betrieb des Rollenprüfstandes und mängelfreie Mechanismen über einen Zeitraum von zwei Jahren. Nach Ablauf der Garantiezeit bietet unsere Firma die entgeltliche Durchführung von Inspektionen durch autorisiertes Personal an.

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