Simulation eines Verkehrsflugzeugs

Steuerkettenprüfstand

Im Technischen Entwicklungszentrum (TEZ) bei Opel in Rüsselsheim wurden Prüfstände früher mit SPS´en und eigenentwickelter Hard- und Software automatisiert. Dabei wurde beobachtet, daß die firmeninterne Systementwicklung im Lauf der Zeit sehr komplex wurde. In verschiedenen Arbeitsbereichen wurde immer wieder aufs neue dieselbe Entwicklungsarbeit geleistet. Das Tagesgeschäft und die Notwendigkeit, die konkret anstehenden Probleme schnell und effizient zu lösen, ließ den Spezialisten keine Zeit, sich um die Entwicklung einer werksweit einsetzbaren Meßtechnik zu kümmern.

Eine wirtschaftliche Analyse ergab, daß der werksinterne Absatz der eigenentwickelten Systeme zu gering war, um die hohen Entwicklungskosten zu rechtfertigen. Es wurde entschieden, die Ankoppelungssysteme für die SPS künftig durch Einsatz fremder Hard- und Software zu realisieren.

Im Vordergrund stand der Wunsch, auf Standardsysteme, vor allem Standardsoftware zurückzugreifen, um mit einem möglichst universell einsetzbaren System möglichst viele Applikationen abzudecken. Man wollte künftig die Einarbeitungszeiten der Mitarbeiter gering halten. Tendentiell sollte auch die SPS ersetzbar sein, um zu einer wirklich durchgängigen Lösung zu kommen.

Mitte 1993 wurde ein Kriterienkatalog ausgearbeitet und der Markt durchforstet.

Die Systementscheidung fiel für HYDRA.

Der vorstehend abgebildete Steuerkettenprüfstand (STKP) ist der erste und dienstälteste in der Reihe der Prüfstände, die seither bei Opel mit HYDRA realisiert wurden. Er ist seit über zwei Jahren im Betrieb.

Am STKP werden hochdynamische Verschleißuntersuchungen an den Steuerketten und Kettenspannern eines Dieselmotors durchgeführt. Der Motor ist ausgeräumt, es fehlen die Kolben, statt der Kurbelwelle ist ein Dummy eingebaut. Angetrieben wird die Anordnung von einem Elektromotor, der eine Fahrstrecke im Taunus am Prüfstand "nachfährt" bzw. simuliert.

Während jeder Umdrehung der Kurbelwelle üben die Ventile über die Nockenwelle unterschiedliche Kräfte auf die Steuerkette aus; dasselbe gilt für die Einspritzpumpe. Diese Lastwechsel führen zu Schlägen auf die Antriebsketten, die bei einer ungünstigen Auslegung der Gesamtkonstruktion problematisch werden und den Verschleiß im Kettentrieb negativ beeinflussen können. Am STKP wird deshalb der Winkelversatz zwischen Kurbel-, Einspritzpumpen- und Nockenwelle online mit hoher Präzision und Zeitauflösung gemessen. Daraus werden die Drehschwingungen ermittelt, die sich im Fahrbetrieb auf den einzelnen Wellen ausbilden, woraus man wiederum auf die Dynamik der Ketten schließt.

Das Geschehen im Kettentrieb wird zusätzlich noch durch weitere Messungen kontrolliert. So sind in den Kettenspannern Druckaufnehmer und Beschleunigungssensoren installiert, mit denen die Dynamik der Kettenspannung und die Senkrechtbeschleunigungen der Ketten noch einmal direkt und unabhängig erfaßt werden.

Bei der Realisierung des STKP wurde großer Wert auf eine realitätsnahe Simulation der Verhältnisse gelegt. Öl- und Wasserkreislauf des Motors wurden nachgebildet. Die Öltemperatur wird konstant auf 90, die Wassertemperatur auf 80 Grad gehalten, Temperaturen und Drücke werden kontrolliert. Um die Dynamik der Einspritzpumpe naturgetreu zu erfassen, wird sie aus einem Vorratsbehälter mit Dieselkraftstoff versorgt und gibt diesen in eine Quasibrennkammer ab, die als Dummy aufgebaut wurde. Die Füllstände des Dieselvorrats werden überwacht, seine Temperatur geregelt. Es wird kontrolliert, ob der Einspritzdruck tatsächlich aufgebaut wurde - unter anderem ein Indiz dafür, daß der untere Teil des Kettentriebs noch ordnungsgemäß funktioniert.

Da es sich bei den Testmotoren durchweg um teure Prototypen handelt, wurde einiger Aufwand in die Versuchsüberwachung investiert. Am Nockenwellenende ist ein Drehzahlsensor angebracht, mit dem überwacht wird, ob sich die Welle noch dreht; eine der Ketten könnte während der Tests gerissen sein, oder ein Zahnrad könnte sich auf der Welle gelockert haben. Ebenso wird der Galerieöldruck überwacht, um zu überprüfen, ob die Versorgung der Nockenwelle gewährleistet ist. An den Reibflächen der Kettenspanner sind Temperaturfühler angebracht. Wenn die Werte stark über die Öltemperatur steigen, zeigt das, daß die Kettenspanner abgenutzt sind.

Der STKP läuft im Dauerbetrieb Tag und Nacht. Im Verlauf eines Testzyklus wird die Strecke viele Male nachgefahren, am Ende wird der Motor auseinandergebaut und der Verschleiß am Kettentrieb bestimmt.