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Antriebstechnik: Modulares Umrichter-Konzept auf dem Prüfstand

Das Testen von Antriebssystemen gehört zu den wesentlichen Aufgaben im Entwicklungsprozess eines Automobils und verlangt den hierfür eingesetzten Prüfständen höchste Dynamik und ­Flexibilität ab. Der Einsatz modularer Frequenzumrichter schafft die Grundlage hierfür.

Frequenzumrichter Bildquelle: © yuyang_Shutterstock

Schnelligkeit, valide Ergebnisse und Prüfstände, die stets State-of-the-Art sind – dies sind die wesentlichen Eckpfeiler beim sogenannten ‚Drivetrain Testing‘, sprich bei der Prüfung und Messung der Leistung eines Antriebsstrangs im Gesamtsystem. Ein Unternehmen, das sich seit 30 Jahren mit diesem Thema beschäftigt und weltweit mittlerweile rund 130 Antriebsstrangprüfstände betreibt, ist Atesteo (vormals bekannt als GIF – Gesellschaft für Industrieforschung) mit Hauptsitz im nordrhein-westfälischen Alsdorf.

Motoren von Atesto Bildquelle: © Danfoss

Atesteo hat viele Motoren zur Auswahl, die je nach Versuchsaufbau getauscht werden können. Dazu müssen sich die Frequenzumrichter rasch und einfach konfigurieren lassen, um den Prüfstand schnell wieder einsatzfähig zu machen.

Die Dienstleistungen von Atesteo konzentrieren sich auf Prüfaufgaben am Antriebsstrang zwischen Kurbelwellen- und Radflansch. Das Portfolio reicht dabei von den üblichen AWD-, FWD- und RWD-Applikationen für PKW-Getriebe über Getriebe für Nutzfahrzeuge und Arbeitsmaschinen bis hin zu Getrieben für Hochgeschwindigkeitszüge. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Teilbereiche aus dem Antriebsstrang zu prüfen. Je nach Anwendung kann der Auftraggeber dabei entscheiden, ob die Prüfungen quasistationär oder dynamisch durchgeführt werden soll. Dazu ist es möglich, Originalmessdaten aus dem entsprechenden Fahrzeug nachzufahren oder geografische Daten von Prüfstrecken am Prüfstand zu modellieren. Außerdem kann Atesteo Hybrid- oder Elektrofahrzeugapplikationen parallel im Betrieb mit Gleichstrom versorgen.

Um die Testing-Ergebnisse dauerhaft auf einem hohen Level halten zu können, müssen Hardware, Software und Know-how immer auf dem neuesten Stand sein. Im Rahmen dieser stetigen Verbesserung und Optimierung vorhandener und neuer Systeme hat Atesteo an seinem Standort in Aachen ein neues Konzept für die Teststände entwickelt. Mit dabei: Modulare Antriebe von Danfoss Drives.

Modular aufgebautes System Bildquelle: © Danfoss

Das gesamte System ist modular aufgebaut. Alle sechs Umrichtereinheiten verfügen über ein eigenes Bedienpanel. Es ist abgesetzt in die Schaltschranktür eingelassen und erlaubt einen schnellen Status-Check selbst im laufenden Betrieb.

Um für jede Aufgabe die passenden Messungen und Tests anbieten zu können, setzt Atesteo unter anderem einen großen Pool an Maschinen mit bis zu 8000 Umdrehungen und 3000 Nm Moment ein, die sich je nach Aufgabe individuell kombinieren lassen. In der vorliegenden Anwendung bestand die Aufgabe konkret im Test eines Allrad-Getriebes. Das Verteilgetriebe erhält seine Drehzahl und sein Drehmoment direkt aus einem Elektromotor, der eine Sonderanfertigung für hohe Drehzahlen mit hohen Momenten ist. Da es sich um ein Verteilgetriebe für ein Allradfahrzeug handelt, gibt es je eine Abtriebswelle für den Front- sowie den Heckantrieb. Beide Abtriebsmaschinen fahren drehmomentgeregelt und simulieren so die Drehzahl der Räder sowie das resultierende Moment, das auf das Verteilgetriebe wirkt.

Das Steuersystem, welches die original im Vorfeld aufgezeichneten und leicht geglätteten Fahrdaten von der einzusetzenden Prüfstrecke ins Steuerprogramm einliest, gibt anschließend dem im Prüfstand verwendeten Frequenzumrichter vom Typ ‚Vacon NXP‘ die Drehzahl und das gewünschte Moment vor. Nur die Steuereinheit ist schnell genug, alle notwendigen Daten rechtzeitig zu berechnen beziehungsweise das Drehmoment nahezu im Sekundentakt zu regeln. Dabei fahren die Frequenzumrichter im Bereich von 0 bis 200 Hz, was enorme Anforderungen auch an ihre Leistungsfähigkeit mit sich bringt. Zudem müssen Drehzahl und Drehmoment im Einklang mit dem Original-Fahrzeug sein, ansonsten hätte man eine leichte Verschiebung der Signale.

Doch nicht nur leistungstechnisch sind die eingesetzten Vacon-Umrichter enorm gefordert; auch die Verkabelung zwischen Motor und Frequenzumrichter galt es schnell und einfach zu realisieren. Atesteo geht hier einen neuen Weg, indem alle Umrichter beziehungsweise die einzelnen Module des Systems in einem Übersee-Container verbaut sind.