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TeLC1976
Dipl. Ing. A. Kutschelis & Sohn

Technische Lehrmittel Construktion
Hochstr. 8
D- 59425 Unna
Germany

web: http://www.telc.de
mail: mail@telc.de
phone.: +49 (0) 2303 239999
facs: +49 (0) 2303 239990
   
 
druckbare Version Glaszylinder-Motortechnik
 
Glaszylinder-Motortechnik
  • Zylinder aus Glas
  • Völlig offene Bauweise
  • Variable Ventilsteuerung
  • Saugrohr-Einspritzung
  • Elektronische Zündung
  • Kennfeldsteuerung
  • Katalysator und Lambda-Sonde
  • Steuerung und Datenerfassung mit Windowsprogramm
  • Indizieren
 
Der Glaszylinder-Motortechnik-Stand wurde entwickelt um den kompletten motorischen Prozess eines Viertakt-Otto-Motors zu erklären:
  • INDIZIEREN dient dabei dazu, die innere Entwicklung der Kraft zu verdeutlichen.
  • VÖLLIG VARIABLE VENTILSTEUERUNG ermöglicht Erkenntnisse über die Wirkung der Steuerzeiten.
  • Die regulierbare piezoelektronische SAUGROHREINSPRITZUNG vermittelt Kenntnisse über die Einflüsse der Gemischzusammensetzung.
  • Die nach Zeitpunkt und Schließwinkel veränderliche ELEKTRONISCHE ZÜNDUNG macht die damit in Zusammenhang stehenden Fragen transparent.
 
Alle Versuche stehen unter der Überschrift:
  • Beste Leistung
  • Beste Sparsamkeit
  • Beste Emissionen
 
Das Messsystem erlaubt die Beurteilung.


Produkt-Vorführung auf youtube (engl. Sprache mit deutschen Unterstiteln)

 
Glaszylinder-Motortechnik

Völlig variable Ventilverstellung – Timing und Hub – für einen Kleinmotor zur praktischen Unterweisung.

Ein seit vielen Jahren bekannter 4-Takt Motor für das Praktikum wurde mit einer piezo-pneumatischen Ventilverstellung versehen.
Die Ansteuerung wird am PC mit Mausschiebern während des Laufs verstellt. Der Motor ist in einen Prüfstand eingebettet, dessen Steuerung, Messdatenerfassung und –Darstellung vollständig über einen PC erfolgt. Die Echtzeit- Datenerfassung beinhaltet auch das permanente Indizieren mit Darstellung im P/V- oder P/α-Diagramm mit Berechnung des mittleren indizierten Druckes.

 
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 1
1. Der Motor

Der Grundmotor ist ein 1-Zylinder mit einem Hubraum von 70 ccm und einer Verdichtung von 1:4. Der Zylinder ist aus Glas. Der Kolben läuft trocken. Die Pleuellager sind ebenfalls trocken laufende Nadellager. Das Kurbel-gehäuse ist offen einsehbar.
Die Betriebs-Drehzahlen liegen zwischen 350 und 2500 Upm. Die hängenden Ventile werden direkt durch übergestülpte Pneumatikkolben betätigt (Abbildung 1). Die Hilfsluftsteuerung erfolgt durch Piezoaktoren. Die hohe Luftleistung dieser ultraschnellen Wegeventile sind der eigentliche Grund für den erfolgreichen Betrieb dieses Verfahrens.
Die Gemischbildung wird durch eine Einspritzung erzielt. Sie arbeitet mit einem Einhub frei wählbarer Höhe, der ebenfalls von einem Piezoaktor ausgeführt wird.
Die Teillastregelung erfolgt zwar vorwiegend über die Ventilverstellung (frühes oder spätes Einlassventil schließen), jedoch kann eine Drosselstellung eingestellt werden zum Vergleich.
Durch Minderung des Hilfsluftdruckes von 2,8 bis hinunter auf 2,0 bar wird der Ventilhub verringert und damit der Zeit- Querschnitt. Die elektronische Zündung ist bzgl. Zeitpunkt und Schließwinkel völlig frei über einen Mausschieber einstellbar.
Die obere Partie des Bildschirms ist der Steuerung vorbehalten (Abbildung 2). Dazu gehören des weiteren der Folgeschalter Aus-Drehen-Zünden-Einspritzen sowie der Drehzahlschieber.
Der Motor benötigt ein dichtes Feld von Kennpunkten für alle Betriebsbedingungen. Diese werden im Praktikum erarbeitet und als Datei abgelegt. Mit dem Aufruf so einer Datei wird der Motor einschließlich der Drehzahl unmittelbar in diesen Betriebspunkt gefahren. Die beiden Schalter für Übergabe in Datei und Aufruf aus Kennpunktdatei sind ebenfalls im Steuerteil des Bildschirms (Abbildung 2).
 
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 2
 
2. Der Prüfstand

Wesentlicher Teil des Prüfstands ist der direkt gekoppelte Elektro-Motor/Generator. Eine besondere elastische Kupplung beherrscht die sehr ungleichförmige Kraftübertragung des Einzylinders. Der Motor-Generator ist pendelnd gelagert und hat eine Momentstütze, die mit einem Kraftsensor versehen ist. Der E-Motor beherrscht den Verbrennungsmotor. Über den Drehzahlschieber wird eine Drehzahl eingestellt, bei der der Verbrennungsmotor Leistung aufnimmt oder abgibt. Der Motor benötigt eine zusätzliche Kolbenkühlung durch einen Luftstrahl ähnlich einer Kolbenkühlung mit Spritzöl. Diese wird vom Prüfstand automatisch ausgesteuert abhängig von der Abgastemperatur und der abgegebenen Leistung. Die Abgasanlage enthält auch einen Katalysator. Die Abgase werden durch ein Gebläse und eine Rohr- und Schlauchleitung weggeleitet.
 

3. Die Messeinrichtung

Moment Kraftsensor an der Pendelstütze
Drehzahl Inkrementgeber auf der Kurbelwelle
Kraftstoffverbrauch Direkt bekannt durch den Hub der Einspritzung
Abgastemperatur Thermoelement im Abgasstutzen
λ-Sondenspannung λ-Sonde im Abgasstutzen
Ansaugluftmenge Blenden Druckmessung im Ansaugstutzen
Indiz. Zylinderdruck Gekühlter Geber am Zylinderkopf
Trigger Impulsgeber 100 Imp. und OT auf der Kurbelwelle
Kolbenhub Rechengröße bekannt durch die Impuls Gradzahl

Die Datenverarbeitung ermittelt rollierend 40 Werte aller äußeren Messgrößen pro Umdrehung und bildet den Mittelwert. Zum Indizieren werden 200 Werte/AT erfasst. Für die Ventilverstellung werden 400 Teilungen/AT genutzt.

 
4. Die Messwertdarstellung

Zur Messwertdarstellung werden Balken benutzt. Es werden auch abgeleitete Größen dargestellt wie Leistung P, spezifischer Verbrauch be und mittlerer indizierter Druck pmi. Das Feld der Schreiber kann für alle Größen eingerichtet werden. Für die x-Achse können ebenfalls alle Größen verwendet werden, wobei Zeit und Drehzahl die gebräuchlichsten sind. Die Schreiber skalieren sich selbst (Abbildung 3).
Das Indikatordiagramm in oszilloskopartiger Darstellung befindet sich links unten im Bildschirm. Es kann mit der Schreiber-Darstellung auf Knopfdruck den Platz tauschen, um es hervorzuheben. (Abbildung 5)
Das Indikatordiagramm kann als p/α oder p/V dargestellt werden. Über eine p/V-Zoom-Darstellung kann die Gaswechsel-Schleife fokussiert werden (Abbildung 7).
Indiziert werden kann auch das Moment und die Ansaugluftmenge. (Abbildung 4 u. Abbildung 6)
Alle Vorgänge am PC können ohne Unterbrechung erfolgen.
Indikatordiagramme können gespeichert werden. Auf Knopfdruck werden die letzten 20 Diagramme zur Auswahl angeboten, um eins oder mehrere zu speichern.
Die Speicherung der registrierten Daten (Schreiberfeld) umfasst sämtliche Größen einschließlich der Steuergrößen. Das Datenfeld liegt im Excelformat vor und kann sofort korrekt in andere Programme übernommen werden.
Das eigene Programm enthält jedoch schon eine leistungsfähige Datenbearbeitung und Protokolldarstellung mit vielen Varianten, die auch vom Benutzer noch leicht geändert oder selbst erstellt werden kann (Abbildung 8).

Schluss

Der Prüfstand wird vom Hersteller wohl zurecht „Motortechnik Stand“ genannt. Die relativ kleine Einheit von nicht 1 m² Grundfläche macht die z. Zt. modernsten Methoden erfahrbar wie die
völlig variable Ventilverstellung in Verbindung mit außergewöhnlicher Handhabung und Datenerfassung einschließlich Indizieren am PC.

 
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 3
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 4
 
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 5
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 6
 
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 7
Glaszylinder-Motortechnik
Abbildung 8
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Leistungsprüfstand, Motorleistungsprüfstand, Ventilverstellung, Indizieren, Viertakt Motor Modell, Ottomotor Modell, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung, Verbrennungsprozess, Ventilsteuerung, Druckindizierung, Motorprüfstand, Glaszylinder-Motortechnik-Stand, Megatech, Glaszylinder, variable Ventilsteuerung, 4-Takt-Ottomotor, 4 Takt Motor, 4 Takt Otto Motor, gläserner Zylinder, transparenter Zylinder, Kurbeltrieb, Kolben, Ventile, Zündung, Verbrennung, verschiedene Kraftstoffe, Saugrohr-Einspritzung, Einspritzung, Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt, Einlass, Auslass, Ventilhub, Zeit-Öffnungs-Querschnitt, elektronische Zündung, Kennfeldzündung, Schließwinkel, geregelter Katalysator, Kurbelwellenstellung, Lambda-Sonde, Abgastemperatur, Drehmoment, Motorbetriebszustand, Zünden, Einspritzen, Kraftstoffmenge, Ventilsteuerzeiten, Frühzündung, Spätzündung, Überschneidung, Einlassventil, Auslassventil, Einlaßventil, Auslaßventil, Kennpunkt, Kennfeld, Indizieren, Zylinderinnendruck, Motordrehmoment, angesaugte Luftmenge, Expandieren, Auswerfen, Ansaugen, Verdichten, Warmlauf, Kaltstart, Indikatordiagramm, Vorzündung, gute Gemischbildung, Steuerverfahren, Laststeuerverfahren, Spätes Einlass Öffnen, Spätes Einlaß Öffnen, Spätes Einlass Schliessen, Spätes Einlass Schließen, Wandkondensation, Kraftstoffverbrauch, Kurbelwellenwinkel, Laufgrenze, fett, mager, stöchiometrisches Verhältnis, P/V-Diagramm, Drosselklappe, Gaswechselschleife, Vollast, Teillast, Volllast, Teilllast, Verlustminimierung, Vier-Takt-Motorbremse, Motorbremse, völlig variable Ventilsteuerung, variable Steuerzeiten, Lambda-1-Technik, Magerbetrieb, Leistungssteuerung, Valvetronic
 
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Erster Verbrennungsmotor, der als 4- und 2-Takter läuft
Glaszylinder-Motortechnik
 

Modell 2020:
Ansicht des Motors mit Einlass und dem Rohr das zum Spülluft Puffervolumen führt, Ventilbetätiger dahinter Direkteinspritzung mit eingebautem Drucksensor für Indizieren, stehende Zündung, Lambda-Sonde, Thermoelement, Fremd-Luftkühlung, Abgas Absaugung hinten.

Ein Kleinmotor für Laborübungen, der sich schon durch seine völlig variable Ventilverstellung auszeichnet, wurde so umgestaltet, dass er sowohl als 4-Takt- als auch als 2-Takt Motor betrieben werden kann. Dies ist möglich, weil seine sämtlichen Funktionen vollständig elektronisch gesteuert werden. Die neue Direkteinspritzung , die mit der verstärkten Piezopumpe verwirklicht wurde, erlaubt die Einspritzung in den Verdichtungshub nach Abschluss der Spülphase. Die Spülung wird durch die korrekte Ausbildung der Öffnungsphase der Ventile um UT und mit Spülluft erreicht, die aus dem Druckluftanschluss entnommen wird, der sowieso vorhanden ist. Steuerung und Datenerfassung erfolgen wie vorher vom Bildschirm. Auch werden die Parameter der Betriebszustände wie Kaltstart, Vollastn800, Teillastn800 usw. nach wie vor in Dateien abgelegt und im Lauf aufgerufen oder geändert neu gespeichert. Dabei kann zwischen 2- und 4-Takt Steuerdatei beliebig hin- und her- geschaltet werden. Allerdings wird bei 4-Takt Betrieb die Spülluft abgeschaltet, sonst wird aufgeladen.
So gesehen bietet diese neue Einrichtung nicht nur zusätzlich die 2-Takt Betriebsweise sondern auch noch die Aufladung.

Bildschirm mit:
Im Kopfteil Steuerdiagramm für EÖ-ES, Einspritz Ein-Aus, Zünd Ein-Aus, AÖ-AS
über 1 Umdrehung OT-UT-OT, ua. Balken für Messgrößen, Schreiber in Kleindarst.
Glaszylinder-Motortechnik
 
Indizieren in Großdarstellung P/V
20 Diagramme zur Speicherauswahl
Glaszylinder-Motortechnik
 
Indizieren in Großdarstellung P/α
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Leistungsprüfstand, Motorleistungsprüfstand, Ventilverstellung, Indizieren, Viertakt Motor Modell, Ottomotor Modell, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung, Verbrennungsprozess, Ventilsteuerung, Druckindizierung, Motorprüfstand, Glaszylinder-Motortechnik-Stand, Megatech, Glaszylinder, variable Ventilsteuerung, 4-Takt-Ottomotor, 4 Takt Motor, 4 Takt Otto Motor, gläserner Zylinder, transparenter Zylinder, Kurbeltrieb, Kolben, Ventile, Zündung, Verbrennung, verschiedene Kraftstoffe, Saugrohr-Einspritzung, Einspritzung, Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt, Einlass, Auslass, Ventilhub, Zeit-Öffnungs-Querschnitt, elektronische Zündung, Kennfeldzündung, Schließwinkel, geregelter Katalysator, Kurbelwellenstellung, Lambda-Sonde, Abgastemperatur, Drehmoment, Motorbetriebszustand, Zünden, Einspritzen, Kraftstoffmenge, Ventilsteuerzeiten, Frühzündung, Spätzündung, Überschneidung, Einlassventil, Auslassventil, Einlaßventil, Auslaßventil, Kennpunkt, Kennfeld, Indizieren, Zylinderinnendruck, Motordrehmoment, angesaugte Luftmenge, Expandieren, Auswerfen, Ansaugen, Verdichten, Warmlauf, Kaltstart, Indikatordiagramm, Vorzündung, gute Gemischbildung, Steuerverfahren, Laststeuerverfahren, Spätes Einlass Öffnen, Spätes Einlaß Öffnen, Spätes Einlass Schliessen, Spätes Einlass Schließen, Wandkondensation, Kraftstoffverbrauch, Kurbelwellenwinkel, Laufgrenze, fett, mager, stöchiometrisches Verhältnis, P/V-Diagramm, Drosselklappe, Gaswechselschleife, Vollast, Teillast, Volllast, Teilllast, Verlustminimierung, Vier-Takt-Motorbremse, Motorbremse, völlig variable Ventilsteuerung, variable Steuerzeiten, Lambda-1-Technik, Magerbetrieb, Leistungssteuerung, Valvetronic
Sehen sie auch: Glaszylinder Motorentechnik
 
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druckbare Version Hydrobremse
 
Hydrobremse

Kleiner verfahrbarer, leistungsfähiger Motorprüfstand auf einem Quadratmeter Grundfläche welcher hohe Messgenauigkeit, große Betriebssicherheit, größte Klarheit im Aufbau und sofortige Betriebsbereitschaft vereinigt.

Systeme:
Die enthaltenen Systeme sind komplett betriebsfertig installiert:

  • Leistungsbremse
  • Kühlung
  • Abgas
  • Kraftstoffversorgung

 
Messsysteme:
Die Anlage verwendet modernste Sensoren, deren Werte digital ausgelesen, an den enthaltenen portablen Steuerungs- und Erfassungs-PC übertragen und dort vom mitgeliefertem Windows-Programm dargestellt werden:
 

Kontroll-Einrichtungen:

Öldruck, Wassertemperatur, Ladung

 

Technische Daten:

Maximale Leistung: 100 kW (Benzin- und Diesel-Motoren)
Maximal-Drehzahl: 7000 Upm

 
Abmaße (LxBxH): 1.0m x 1.0m x 1.4m
Gewicht: 195kg
Elektrische Versorgung: AC 240V
Wasser: 4 bar, 2,5 m³/h
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Leistungsprüfstand, Wirbelstrombremse, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung
 
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druckbare Version Hydrobremse zum Anflanschen
 
Hydrobremse

Hydrobremse 100 kW / 6000 Upm in trennbarer Version ist ein Motor Prüfstands-System zum leichten An- und Abkoppeln verschiedener Motoren.

  • Koppelung über steckbare Gelenkwelle
  • Rahmenverbindung über 2 Bolzen
  • Kühlwasserverbindung zum bremseneigenen Thermostaten
  • Kraftstoffversorgung über das TeLC Kraftstoff Verbrauchsmessgerät
  • Last- und Leistungsregelung vom Bremsen-Pult oder PC
  • Display im Pult zur Direktanzeige von Drehmoment, Drehzahl und Kraftstoffverbrauch
  • Ferngaszug und Drehzahlregelung vom PC aus
  • Steuern und Datenerfassung über seriell verbundenen externen PC
  • Indizieren u.a. Optionen
 
Funktionsmotoren, die lediglich zu Leerlauftests eingerichtet werden, können in geringer Modifikation auch zu Leistungs- und Verbrauchstests verwendet werden.
 

Modifikation von Funktionsmotoren:

  • Wasser / Wasser -Kühler mit Schlauchverbindung zum Wassernetz oder zur Bremse
  • Schwungrad Steckadapter für Gelenkwellenverbindung mit der Bremse
  • Gaszug wird mit dem Ferngaszug der Bremse verbunden
  • Kraftstoffleitungen werden mit dem TeLC Kraftstoff Verbrauchsmessgerät verbunden
 

Motortest- und Steuer- Software
Durch die serielle Verbindung mit dem externen PC wird gesteuert und werden Daten erfasst. (siehe TeLC Motortest- und Steuer- Software)
Per Ferngaszug (Mausschieber) wird die Motorleistung eingestellt. Die Soll- Drehzahl wird ebenfalls per Mausschieber gewählt und vom Regler konstant gehalten.
Verlustwärme und Leistung werden thermostatisch geregelt an Kühlwasser abgegeben.

Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Leistungsprüfstand, Wirbelstrombremse, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung
 
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druckbare Version Motorprüfstand Tandem

Tandem 100 kW / 6000 Upm ist ein Motor Prüfstandssystem , das zum schnellen wechselweisen Testen von 2 Motoren - meist Diesel- und Ottomotor- eingerichtet ist.

Gemessen werden nicht nur Leistungen und Kraftstoffverbräuche sondern auch::

  • Abgastemperaturen
  • Verlustleistungen , abgegeben an das Kühlwasser
  • Mittlere indizierte Drücke
  • Das Indikatordiagramm wird in p-alpha und p-V-Form dargestellt
Motorprüfstand Tandem
Tandem wird von einem PC aus bedient.

Besonderheiten:

  • Hydraulische Bremse mit 200 Nm Bremsmoment schon bei niedrigen Drehzahlen
  • Aufgebaute, betriebsfertige Motoren
  • Beweglichkeit und Änderbarkeit auch nach dem Zusammenbau
  • Starten und verbinden des jeweiligen Motors mit Zündschlüsseldrehung
  • Geschlossene Motorenkühlung über Wärmetauscher gegen Frischwasser
  • Kraftstoffversorgung über TeLC Kraftstoff Verbrauchsmessgeräte
  • Display im Pult zur Direktanzeige von Drehmoment, Drehzahl und Kraftstoffverbrauch
  • Kontrollgrößen über original Fahrzeugkombiinstrumente
  • Ferngaszug und Drehzahlregelung vom PC aus
  • serielle Verbindung zum externen PC
  • Moderne Motortechnik-Software
  • Fehlerstellschalter für Motorelektroniken
  • OBD-Stecker an jedem Motor

Sicherheit:

Die Bremse hat ein Schutzsystem gegen Überdrehzahl und Wassermangel. Drehende und heiße Bauteile sind abgedeckt.

Strom: einphasig 230V, 10 A
Kühlwasser bei 100 kW: ca. 4- 5 m³/h
Grundfläche Prüfstand: ca. 2,5m x 0,7m
Gewicht: 250 kg
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Indizieren, Druckindizierung, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand, Datenerfassung, Motortechnik, Datenerfassung, KFZ, Kraftstoff, Leistungsprüfstand
 
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druckbare Version Motorprüfstand Hydrosachs
 
Motorprüfstand Hydrosachs
Kleiner, luftgekühlter Motorprüfstand welcher hohe Messgenauigkeit, große Betriebssicherheit und große Klarheit im Aufbau vereinigt. Es besteht kein Ver- und Entsorgungsbedarf für Kühlwasser. Dadurch ist der Prüfstand sofort einsetzbar. Verfügbar sind Diesel- und Benzin-Motoren welche im Zwei- oder Viertaktverfahren arbeiten. Ein besonderes Merkmal ist die verfügbare Indiziereinrichtung. Die Messdatenerfassung und -Verarbeitung erfolgt durch unsere leistungsfähige Software für die Motortechnik.
 

Messsysteme:

Die Anlage verwendet modernste Sensoren, deren Werte digital ausgelesen, an den Erfassungs-PC übertragen und dort vom mitgeliefertem Windows-Programm dargestellt werden:

 

Technische Daten:

Maximale Leistung: 5 kW (Benzin- und Diesel-Motoren)
Maximal-Drehzahl: 7000 Upm

 

Steuerung:

Manuell:

  • Belastungsregelung
  • Füllungsregelung
 
Abmaße:
Tischgerät
Gewicht: 40kg
Stichworte: Motorentechnik, Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Leistungsprüfstand, Wirbelstrombremse, Motorfrüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung
 
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druckbare Version Indizieren
 
Das Angebot Indizieren umfasst ein Hardware- und Softwarepaket welches in der Lage ist, verschiedenste schnell veränderliche Größen, die an Verbrennungs- und Kolbenmaschinen auftreten zu erfassen.
   

Technische Daten:

Auslöser/Trigger: Drehwinkelgeber an Kurbel oder Nockenwelle
Triggerauflösung: 200 Impulse/ Umdrehung
Auflösung indizierte Messgröße: 11 Bit
Maximale Drehzahl:
7000 U/min
   
Indizieren Indizieren Indizieren
Zylinderinnendruck Drehmoment Ansaugluft-Volumenstrom
 
Weitere Messgrößen wie z. B. Lambdasondensignal auf Anfrage.
 

Verfügbare Darstellungen

Jede indizierte Größe kann über das Zylindervolumen V oder den Kurbelwellenwinkel alpha aufgetragen werden.

 

Abgeleitete Messgrößen

Drehzahl, Kurbelwellenstellung, Mittlerer indizierter Druck, Liefergrad, Liefermenge.

 

Diagramm-Browser

Jeder Zyklus der Kolbenmaschine wird erfasst und in einem Diagrammbrowser dargestellt. Dort kann jedes einzelne Diagramm ausgewählt und weiterverarbeitet werden.

 
Indizieren
Stichworte: Indizieren, Zylinderinnendruck, P/V-Diagramm, P/alpha-Diagramm, pmi, mittlerer indizierter Druck
 
 
Indizieren von Dampfmaschinen
 

Aufgabe

Entwicklung eines Systems für Dampfmaschinen(-Lokomotiven), mit dem auf einfache Weise, ohne aufwendige Demontage der Dampfmaschine genaue Aussagen über den aktuellen Wirkungsgrad, den Verschleiß und die Notwendigkeit zur Wartung und damit die Vermeidung von teuren Folgeschäden gemacht werden kann.

 
Dampflok
Abb. 1: Dampflok bei der Einfahrt in den Bahnhof.

Auftraggeber

Der Auftraggeber, die BVO-Bahn GmbH, ansässig im Kurort Oberwiesenthal betreibt touristischen Bahnverkehr auf einem von der Reichsbahn erworbenes Schienennetz im oberen Erzgebirge. Mit vier Dampflokomotiven (Abb. 1), Personen- und Salonwagen werden hier Touristen zum Wandern und Skifahren auf den Fichtelberg gefahren. Die Fahrzeit beträgt 1 Stunde. Da der Hauptbetrieb im technikfeindlichen Winter stattfindet, wird ein hoher Aufwand betrieben, um den Schienenverkehr bei jeder Witterung aufrecht zu erhalten. Die Wartung der Dampflokomotiven

spielt eine entscheidende Rolle. Der Betriebsleiter und Prokurist, Herr Schienen-Ingenieur Reichelt hat dazu die Firma TeLC beauftragt, dies mit moderner Technik zu unterstützen.
 

Historisches

Mit der Messung des Druckes in den einzelnen Dampfzylindern kann ein P/V-Diagramm (Druck gegen Volumen) erzeugt werden, aus dem die für die Aufgabenstellung nötigen Informationen gewonnen werden können. Dieses grundsätzliche Methode war bereits zur Hochzeit der Dampfmaschinen bekannt.

Damals wurde das Diagramm mit dem „Maihak Indikator“ erzeugt, in dem Druck und Kolbenhub über Federmechanismus und Seilzug übertragen wurden. Ergebnis war ein Diagramm von der Fläche zweier Briefmarken. (Abb.2 Maihak Indikator).
Typ und Federn mussten je nach Betriebsart sorgfältig ausgewählt werden. Dies führte zu

Maihak Indikator
Abb. 2: Maihak Indikator

Messfehlern und damit zu Ungenauigkeiten in der Interpretation.

Der Einsatz dieser Testeinrichtung verlangte ein manuelles Eingreifen des Bedieners. Dies wurde realisiert, indem eine Gleisstrecke befahren wurde, auf der vier Bediener ungehindert neben der in Schrittgeschwindigkeit fahrenden Lock herlaufen und nach jeder Kolbenbewegung den Eingriff durchführen konnten. Limitierende Faktoren waren hier die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf Schrittgeschwindigkeit und das genaue Abpassen des Bedienereingriffes.
Diese manuelle Messmethode wurde nicht mehr verbessert da die Dampfmaschinen durch den Verbrennungsmotor verdrängt wurde.

 
Indizierung
Abb.3: Druckaufnehmer am doppeltwirkenden Zylinder

Durchführung

Die Lösung der gestellten Aufgabe erforderte die genaue Erfassung der P/V-Diagramme.
Hierzu wurden 4 moderne Druckgeber an jeder Seite der beiden doppeltwirkenden Zylinder angebracht. (Abb.3)
Ein Kolbenhubgeber - als Impulsgeber ausgeführt - wurde OT-genau an der Triebachse der Lok angebracht.
Die vorhandene Erfassungssoftware für Motortechnik und Indizieren wurde für diese Erfordernisse parametriert.

Die PC- gestützte Datenerfassung wurde in einem Messwagen (Abb. 4) der hinter die Lokomotive gespannt wurde installiert. Mit dieser Datenerfassung konnten mehrere hundert Druck-Messungen pro Radumdrehung und damit eine genaue Aufzeichnung des Diagramms für jeden einzelnen Zylinder realisiert werden. Das System funktioniert ohne Zutun eines Bedieners und kann bei jedem Betriebszustand bis zur Höchstgeschwindigkeit und auf jeder Gleisstrecke betrieben werden. Alle Loks wurden mit Adaptern für die Druck- und Huberfassung ausgestattet.
Messwagen Innenraum
Abb.4: Messwagen Innenraum
 

Bewertung:

An den gemessenen Diagrammen kann im Vergleich mit einem idealen Diagramm sehr genau festgestellt werden, wo Probleme auftreten. Turnusmäßig werden ab jetzt die Untersuchungen vorgenommen.

Bewertung
Abb.5: Original-Druckmessung in einem Dampfzylinders und Schema
 
Ausblick

Durch die hohe Aussagekraft dieser detailgenauen Diagramme sind Folgeaufträge zur Bestimmung verschiedener anderer wartungsrelevanter geometrischer Größen geplant.
 
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druckbare Version Motortest- und Steuersoftware
 
  • Ein Programm speziell für motortechnische Prozessgrößen
  • Anleitung im HTML-Format, zu betrachten im Web-Browser
  • Simulationsmodus: Der Umgang mit dem Programm kann im Simulationsmodus ohne angeschlossenes Gerät geübt werden
  • Unterstützung unserer eigenen Produkte Megatech, Tandem, Hydrosachs und Hydrobremse
  • Die Aufrüstung vorhandener Motorprüfstände ist möglich
  • Enthält Schreiber, Tabellen, Indikatordiagramm, Versuchsprotokolle, Messdatenbearbeitung
  • Kompatibel zu den Betriebssystemen WIndows 95, 98, ME, NT, 2000, XP
   
Motortest- und Steuersoftware
Mit Mausklick kann zwischen Gesamtdarstellung und Indizierdarstellung jederzeit gewechselt werden.

Gesamtdarstellung mit Schreibern, Balken und kleinem Oszilloskop zur Betrachtung des p/V (p/alpha) - Diagrammes. Darüber das Steuerfenster zur Einstellung der völlig freien Ventilsteuerung.

Folgende Messgrößen werden erfasst und dargestellt:
Drehmoment, Drehfrequenz, Kraftstoffverbrauch, Abgastemperatur, Lambda-Sonden-Spannung, indizierter Druck, ggf. Kühlwassertemperaturen, Kühlwasservolumenstrom u. a.

Folgende abgeleitete Messgrößen werden berechnet und dargestellt: Mittlerer indizierter Druck, spezifische Leistung und Verbrauch, indizierte Leistung, ggf. Gesamtwirkungsgrad, Kühlwasser(verlust) leistung u. a.

 
Motortest- und Steuersoftware
Indizierdarstellung mit großer Oszilloskopdarstellung des p/V (p/alpha)-Diagrammes, kleinem Kontrollschreiber für äußere Messgrößen, Balkendarstellung. Auf Mausklick filmartige Darstellung der letzten zwanzig Verbrennungszyklen im aufgeklappten Fenster mit Auswahlmodus zum Speichern. Die Oszilloskopdarstellung wird je nach Computerrechenleistung bis zu 20 mal in der Sekunde erneuert, jeder Verbrennungszyklus wird erfasst.
 
Motortest- und Steuersoftware
Versuchsprotokoll, erstellt durch das Übereinanderlegen mehrerer p/alpha-Diagramme, welche bei Variation des Zündzeitpunktes von früh nach spät aufgenommen worden sind.
Stichworte: Software Motortechnik
 
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druckbare Version Verbrauchsmessgerät
 
Verbrauchsmessgerät

Dieses universelle, mikroprozessorgesteuerte Messgerät mit hoher Genauigkeit kann für Benzin- und Dieselmotoren verwendet werden. Versorgungssysteme mit Vor- und Rücklaufleitung werden über Schnellkupplungen angeschlossen und ggf. mit der eingebauten Tankpumpe versorgt

Aufbau:

Das Gerät enthält bereits den Vorratstank von 10l (20l).
Das Messprinzip ist hochgenaue Zeitmessung eines ablaufenden Volumens.
Das LC-Display zeigt den momentanen und den durchschnittlichen Verbrauch an in L/h.

Optionen:

  • Serieller Datenausgang mit
  • Protokollbeschreibung
  • Software zur Verbrauchsmessung
  • Analogausgang 4-20mA
  • Anschluss für externen Tank

Technische Daten:

Messbereiche: 0,01 - 1L/h und 0,5 - 40L/h
Versorgungsspannung: 12 V verpolungssicher

Stichworte: Verbrauch, Kraftstoff, Kraftstoffverbrauch, Ökonometer, Benzinverbrauch, Dieselverbrauch, Kraftstoffmesser, Durchflussmesser, Kraftstoffmesser, Messgerät, Sensor, Kraftstoffmeter, Kraftstoffverbrauchmessgerät, Kraftstoffverbrauchsmeßgerät, Kraftstoffverbrauchmeßgerät
 
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druckbare Version Funktionsmotoren
Funktionsmotoren

Funktionsmotoren sind für den auszubildenden Praktiker das Versuchsobjekt, an dem mit dem Tester die Motorfunktionen überprüft, Fehler gefunden und beseitigt werden. Alle Komponenten sind auf engem Raum vorhanden und leicht zugänglich.

Die enthaltenen Systeme sind komplett betriebsfähig installiert.

  • Kombiinstrument, Zündschloss mit Wegfahrsperre, Anlasser, Lima u. Starterbatterie
  • Wasser - Kühlung mit Originalkühler sind vorhanden, Ladeluft- u. Ölkühler meist weggelassen, die dazugehörigen Sensoren jedoch eingebaut
  • Abgasanlage mit Kathalysator usw. in verkürzter Form
  • Kraftstoffversorgung wie original z.B. mit Tankpumpe
  • Gashebel vielfach direkt oder mit dem E-Gas

Fehlerschalter:

Abmaße (LxBxH): 1.2m x 1.0m x 1.4m
Gewicht: 150- 230kg
Elektrische Versorgung: unabhängig
Wasser: unabhängig

 

Funktionsmotoren
Funktionsmotoren
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Leistungsprüfstand, Wirbelstrombremse, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung
 
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druckbare Version FuMoControl
Tester- und Kommunikationseinheit für Motorelektroniken
(FuMoControl und FuMoWin32)
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Motorleistungsprüfstand, Leistungsprüfstand, Wirbelstrombremse, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung
 
Die Ausbildung im KFZ Motoren Praktikum verlangt neue Hilfsmittel, um die Anforderungen zu erfüllen, die von den modernen Motoren mit ihrer umfangreichen elektronischen Ausstattung ausgehen. Es gibt von TeLC deswegen jetzt nicht nur die Fehlerbox mit deren Hilfe 8 oft auftretende Fehler eingeschaltet werden können, sondern auch FuMoControl.

Wesentliches Kennzeichen von FuMoControl ist:

  • Die Arbeit des Praktikanten kann ausschließlich am Windows-PC stattfinden
  • Der Bildschirm stellt alles nötige zur Verfügung: Schaltplan, Oszilloskop, Kabelverbindungen, Fehlergenerator, Report,
  • Die Arbeitsweise ist virtuell jedoch on the loop heißt: tatsächlich mit den Motorsteuerkreisen verbunden
  • Die OBD Signale können abgefragt , alle dort übliche Prozeduren durchgeführt werden
  • Es können Aktionen ausgeführt werden: Zündung ein, Motor starten, Gas geben
  • Die PC´s können vernetzt werden, der Unterrichtende hat Eingriffs- und Kontrollrechte

Die Vorteile sind:

  • Motorelektronik ist bestmöglich geschützt
  • Mehrere Arbeitsplätze an einem Motor
  • Maximal 128 Fehler werden über die am Motorstand befindliche Einheit geschaltet
  • Mehrere Fehlerkategorien werden generiert: Kabelbruch, Kabelfehlkontaktierung (Widerstand), unplausibler Wert (defekter Sensor), sporadisches Auftreten durch Wackelkontakt, Wärme- und Strombelastung (kalte Lötstelle)
  • Report: die Arbeitsschritte des Praktikanten werden dokumentiert

Interfacebox

Am Motorgestell enthält die Steuer-, Schalt- und Kommunikationslogik mit Schnittstelle (RS232, USB, Ethernet) sowie ein LCD und einen Navi-Drehknopf zur Darstellung grundsätzlicher Funktionen.

Die folgenden Bilder zeigen Bildschirm, Speicherzugriffe und Organigramm

 

Schülerarbeitsansicht

 
Fehler-Konfigurations- und Schüler-Überwachungs-Ansicht in der FuMoWin32 Software
 
Organigramm
 
©TeLC Unna 2004 
 
druckbare Version Fahrmotor-Teststand

Die Elektrifizierung des Fahrzeugantriebs geht mit Riesenschritten vorwärts. Die Batterie ist das A und O. Bisher ist das Gewicht des Energieinhalts einer Batterie 10x so groß wie beim Benzin und die Kosten beträchtlich. Die Energiebilanz kann nur dann stimmen, wenn der Ladestrom regenerativ erzeugt wird. All diese Entwicklungen sind im Gange. Wenn die Batterie schwer ist, dann muss das übrige Fahrzeug möglichst leicht sein, dafür kommen neue Werkstoffe.

Die Ausbildung der Fahrzeugfachleute muss auf diese neue Technik eingehen und die Grundlagen darstellen. Dabei soll dieser Teststand helfen.

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Aufbau:

An einem Kupplungsflansch auf der Plattform können beliebige Fahrmotoren ange- flanscht werden. Zum Teststand gehören ein Direktläufer und ein Getriebemotor
Der Kupplungsflansch ist über einen Poly V-Riementrieb mit einem drehzahlregel-baren Drehstrommotor gekoppelt. Der D-Mot ist mit Drehmomentmessung ausgestattet. Der D-Mot ist so stark, dass er die Drehzahl bestimmt..

Das LC Display zeigt die Messgrößen M, n, U, I, Pm, Pel, eta, V , Tretsensor u. Uregel an. Über die serielle Schnittstelle wird mit einem Computer verbunden und Datenerfassung mit TeLC Software durchgeführt.

Ein Schrankabteil ist von hinten zugänglich und ermöglicht Zugriffe auf die Ein-und Ausgänge des Controllers mit externen Messgeräten Multimeter oder Oszilloskop.

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Technische Daten des Teststands:

  • Max. Motorleistungen 750W
  • max Test-Drehzahl 400 Upm
  • max . Drehmoment. 60 Nm
  • Bürstenose Testmotoren mit externem/ eingebautem Controller
  • Eingebaute Li Batterie
  • Eingebautes Ladegerät
  • Test von Abgabeleistungen,
  • Bremsleistungen (mit Rekuperieren)
  • Batterieladen Max. Motorleistungen 750W
  • max Test-Drehzahl 400 Upm
  • max . Drehmoment. 60 Nm
  • Bürstenose Testmotoren mit externem/ eingebautem Controller
  • Eingebaute Li Batterie
  • Eingebautes Ladegerät
  • Test von Abgabeleistungen,
  • Bremsleistungen (mit Rekuperieren)
  • Batterieladen
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Die Bedienfunktionen umfassen:
  • Multifunktionsrad für Drehzahldiktat durch den Drehstrommotor und Umschaltungen Bremsen / Fahren / Diagnose
  • Schalter Batterie entladen / laden
  • Taster Controller aktiv
  • 3+5 Steckdose Motoranschluss
  • Displayhalter und Leistungssteller
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Versuchsführungen:
  • Drehzahlverhalten der Antriebe
  • Stromverbrauch / Reichweite bei versch. Belastungen
  • Bremsverhalten und Regeneration
  • Ladekennlinie der Batterie
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Betrachtungen und Messungen an Sensor-, Steller-, Strom Leitungen
Ein Teil des Schaltschranks ist hinten zu öffnen. Controller, Ladegerät, Batterie und Steckverbindungen sind zugänglich. Die handelsübliche Verdrahtung der Komponenten ist nach Art und Umfang zu sehen. Mit externen Messgeräten können Zustände und Stromverläufe gemessen werden.
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TeLC software: Erfassungsbildschirm als Prozessbild mit Tabellenspalte oder als Schreiber

Enthalten sind auch Steuer- und Schaltfunktionen.
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Messergebnisse einiger Tests
mehrere Dateien können in einer Grafik dargestellt werden, Rohdaten wurden konzentriert. Auch Tabellen sind wählbar, Daten Export z.B. nach Excell ist möglich.
azum herunterladen im PDF Format, bitte anklicken!
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2 Motortypen M, P, eta (n) 2 Motortypen n=const, Last 0-100%
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2 Motortypen Bremsen/Rekup. M, P, eta (n) Batterie laden   U, I , P (t)
Stichworte: Motortechnik Übungsstand, Leistungsprüfstand, Motorleistungsprüfstand, Ventilverstellung, Indizieren, Viertakt Motor Modell, Ottomotor Modell, Motorprüfstand Messtechnik, Motorprüfstand Datenerfassung, Verbrennungsprozess, Ventilsteuerung, Druckindizierung, Motorprüfstand, Glaszylinder-Motortechnik-Stand, Megatech, Glaszylinder, variable Ventilsteuerung, 4-Takt-Ottomotor, 4 Takt Motor, 4 Takt Otto Motor, gläserner Zylinder, transparenter Zylinder, Kurbeltrieb, Kolben, Ventile, Zündung, Verbrennung, verschiedene Kraftstoffe, Saugrohr-Einspritzung, Einspritzung, Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt, Einlass, Auslass, Ventilhub, Zeit-Öffnungs-Querschnitt, elektronische Zündung, Kennfeldzündung, Schließwinkel, geregelter Katalysator, Kurbelwellenstellung, Lambda-Sonde, Abgastemperatur, Drehmoment, Motorbetriebszustand, Zünden, Einspritzen, Kraftstoffmenge, Ventilsteuerzeiten, Frühzündung, Spätzündung, Überschneidung, Einlassventil, Auslassventil, Einlaßventil, Auslaßventil, Kennpunkt, Kennfeld, Indizieren, Zylinderinnendruck, Motordrehmoment, angesaugte Luftmenge, Expandieren, Auswerfen, Ansaugen, Verdichten, Warmlauf, Kaltstart, Indikatordiagramm, Vorzündung, gute Gemischbildung, Steuerverfahren, Laststeuerverfahren, Spätes Einlass Öffnen, Spätes Einlaß Öffnen, Spätes Einlass Schliessen, Spätes Einlass Schließen, Wandkondensation, Kraftstoffverbrauch, Kurbelwellenwinkel, Laufgrenze, fett, mager, stöchiometrisches Verhältnis, P/V-Diagramm, Drosselklappe, Gaswechselschleife, Vollast, Teillast, Volllast, Teilllast, Verlustminimierung, Vier-Takt-Motorbremse, Motorbremse, völlig variable Ventilsteuerung, variable Steuerzeiten, Lambda-1-Technik, Magerbetrieb, Leistungssteuerung, Valvetronic
 
©TeLC Unna 2004 
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