DE10241442A1

DE10241442A1 - Pressure measurement device for measuring parasitic friction losses of a rotating body, e.g. the top roller of a motor vehicle test bed, whereby a sensor is used to measure the pressure variation close to the surface of the roller

Info

Publication number: DE10241442A1
Application number: DE2002141442
Authority: DE
Inventors: Anton Knestel
Original assignee: Maha Maschinenbau Haldenwang GmbH and Co KG; Maha GmbH and Co KG
Current assignee: AIP GmbH and Co KG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: DE10241442B4

Abstract

Device for measuring parasitic losses of a rotating body has a sensor (4) that is placed in the region close to the body where the pressure changes due to friction effects close to its surface (9). A control unit (5) is electrically connected to the sensor and determines the pressure difference due to parasitic friction losses between ambient pressure and pressure adjacent to the body surface. An Independent claim is made for a method for measuring the parasitic friction losses of a rotating body. Typically the pressure sensor used is a pitot tube or a Prandtl blocking tube. Temperature compensation of the pressure measurements is provided by simultaneous recording of temperature measurements.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von parasitären Verlusten eines rotierenden Körpers, insbesondere einer Scheitelrolle eines Fahrzeugprüfstandes, die mit zumindest einem Sensor die durch Luftreibung verursachten parasitären Verluste druck- und temperaturunabhängig bestimmen können.The invention relates to a device and a method for detecting parasitic losses of a rotating body, in particular a vertex roller of a vehicle test bench, those with at least one sensor caused by air friction parasitic Losses can be determined independently of pressure and temperature.

Prüfstände werden in der Automobilindustrie von den Automobilherstellern und der Zulieferindustrie zur Endabnahme von Fahrzeugen, aber auch von unabhängigen Prüfanstalten wie z.B. TÜV (Technischer Überwachungsverein) und DEKRA AG zu periodi schen teilweise gesetzlich vorgeschriebenen Untersuchungen von Fahrzeugen verwendet. Mit Hilfe dieser Prüfstände kann das dynamische Fahrverhalten, die Abgasemission oder die Bremsfunktion von Fahrzeugen bestimmt werden.Test benches are used in the automotive industry by the automobile manufacturers and the supplier industry for final acceptance of vehicles, but also from independent testing institutes such as TÜV (Technical Surveillance Association) and DEKRA AG on periodic, sometimes legally prescribed Investigations of vehicles used. With the help of these test benches dynamic driving behavior, exhaust emissions or the braking function be determined by vehicles.

Auf den beschriebenen Prüfständen werden auch Untersuchungen und Testläufe mit Fahrzeugen bei extrem hohen bzw. extrem niedrigen Temperaturen, wie sie z.B. in Klimakammern eingestellt werden können, durchgeführt. Damit lassen sich die Auswirkungen von klimatischen Einflüssen auf die Eigenschaften und das Betriebsverhalten der Fahrzeuge und deren Einzelkomponenten erfassen.On the test benches described, too Examinations and test runs with vehicles at extremely high or extremely low temperatures, such as can be set in climate chambers. In order to the effects of climatic influences the properties and the operating behavior of the vehicles and their Capture individual components.

Bei schnelllaufenden rotieren Körpern, wie sie z.B. als Scheitelrollen in Rollenprüfständen eingesetzt werden, treten Verluste durch Reibung in der Lagerung, aber auch durch Reibung zwischen der Oberfläche des Körpers und der Umgebungsluft auf. Diese Verluste, auch parasitäre Verluste F_p genannt, können mit Hilfe der Formel Fp = A + B · ν + C · ν2 beschrieben werden. Dabei entsprechen A und B den duchr Lagerverluste und C den durch Ventilationsverluste bzw. den durch Luftreibung verursachten parasitären Verlusten. Es gibt Lageranordnungen, wie z.B. in der DE 199 00 620 A1 beschrieben, die praktisch reibungsfrei sind (A und B = 0). Daraus ergibt sich, dass die Verlustkennlinie der parasitären Verluste F_p im wesentlichen von den Ventilationsverlusten (C) bestimmt wird.In the case of high-speed rotating bodies, as are used, for example, as vertex rollers in roller test stands, losses occur due to friction in the bearing, but also due to friction between the surface of the body and the ambient air. These losses, also called parasitic losses F _p , can be calculated using the formula F p = A + B · ν + C · ν 2 to be discribed. A and B correspond to the bearing losses and C to the ventilation losses and the parasitic losses caused by air friction. There are warehouse arrangements, such as in the DE 199 00 620 A1 described that are practically frictionless (A and B = 0). It follows that the loss characteristic of the parasitic losses F _p is essentially determined by the ventilation losses (C).

Die Ventilationsverluste entstehen durch die Oberflächenrauheit des rotierenden Körpers in Verbindung mit der Trägheit der umgebenden Luftmoleküle. Die Luftmoleküle die sich in der Nähe der Oberfläche des rotierenden Körpers befinden werden durch Reibungseffekte mitgenommen bzw. beschleunigt. Nach dem Energieerhaltungssatz wird dadurch der rotierenden Körper gebremst.The ventilation losses arise due to the surface roughness of the rotating body in connection with inertia of the surrounding air molecules. The air molecules who are nearby the surface of the rotating body are carried along or accelerated by friction effects. After the energy conservation law, the rotating body is braked.

Diese Luftreibungsverluste oder Ventilationsverluste sind direkt proportional zur Luftdichte, da mit zunehmender Luftdichte die Anzahl (Dichte) der Luftmoleküle in der Umgebung der Oberfläche zunimmt. Die Luftdichte ρ ist wiederum direkt mit der Temperatur T und dem herrschenden Luftdruck p abhängig. R entspricht der Gaskonstante, die in diesem Fall als konstant angenommen werden kann. Der Zusammenhang zwischen dem Luftdruck p und der Lufttemperatur T kann wie folgt dargestellt werden:

These air friction losses or ventilation losses are directly proportional to the air density, since with increasing air density the number (density) of the air molecules in the environment of the surface increases. The air density ρ is directly dependent on the temperature T and the prevailing air pressure p. R corresponds to the gas constant, which in this case can be assumed to be constant. The relationship between air pressure p and air temperature T can be shown as follows:

Wird nun z.B. ein Prüfstand für Fahrzeuge ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung betrieben, muss der Prüfstand unter vorgegebenen Bedingungen bei bekannter Temperatur und bekannten Luftdruck kalibriert werden. Dabei lässt man die auf eine bestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit beschleunigte Aufstandsrolle bis zum Stillstand auslaufen (coast-down Lauf) und misst bei einzelnen Ge schwindigkeiten die Ventilationsverluste. Anschließend wird das Wertepaar, das dem erfassten Ventilationsverlust F_p(v) bei der jeweiligen Geschwindigkeit entspricht abgespeichert. Diese Messung wird solange wiederholt, bis der ganze Geschwindigkeitsbereich, der bei den späteren Messungen verwendet wird, durchlaufen wurde. Aus den einzelnen Werten kann anschließend eine Kennlinie für die Ventilationsverluste ermittelt werden. Da aber nur eine bestimmte Anzahl von Messpunkten zur Verfügung steht, müssen die Ventilationsverluste für Geschwindigkeiten die zwischen de n Messpunkten liegen aus dieser Kennlinie extra- bzw. interpoliert werden. Durch die nachträgliche Berechnung geeigneter Werte ergeben sich Fehler in der Bestimmung der parasitären Verluste.If, for example, a test bench for vehicles is operated without the device according to the invention, the test bench must be calibrated under predetermined conditions at a known temperature and air pressure. The riot roller, accelerated to a certain speed of rotation, is allowed to run down to a standstill (coast-down run) and the ventilation losses are measured at individual speeds. The pair of values which corresponds to the detected ventilation loss F _p (v) at the respective speed is then stored. This measurement is repeated until the entire speed range used in the later measurements has been covered. A characteristic curve for the ventilation losses can then be determined from the individual values. However, since only a certain number of measuring points are available, the ventilation losses for speeds between the measuring points must be extrapolated or interpolated from this characteristic. The subsequent calculation of suitable values results in errors in the determination of the parasitic losses.

Wird der Prüfstand nun unter anderen, von dem Kalibrierungslauf verschiedenen, Temperatur- und/oder Luftdruckverhältnissen betrieben, muss die Kalibrierung erneut durchgeführt werden, oder die gespeicherten Werte müssen mit Hilfe eines zu bestimmenden Korrekturfaktors neu berechnet werden. Auch bei dieser Berechnung ergeben sich Fehler in der Bestimmung der parasitären Verluste.If the test stand is now among others, by the Calibration run different, temperature and / or air pressure ratios operated, the calibration must be carried out again, or the saved Values must can be recalculated using a correction factor to be determined. Also this calculation results in errors in the determination of the parasitic Losses.

Diese Problem besteht beispielsweise in Klimakammern, da aufgrund der großen Temperaturunterschiede zwischen der eigentlichen Klimakammer und dem Bereich in dem sich die Scheitelrolle befindet starke Temperaturunterschiede auftreten. So können in Klimakammern Temperaturen in einem Bereich von +50°C bis –50°C eingestellt werden. Ein Teil der Scheitelrolle befindet sich unterhalb einer Bodenplatte des Prüfstandes. Die Antriebs maschine für die Scheitelrolle, aber auch andere mechanische und elektrische Komponenten des Prüfstandes die unterhalb der Bodenplatte angeordnet sind, können im Betrieb Wärme abgeben. Dadurch kann sich der Bereich unterhalb der Bodenplatte bspw. auf einen Wert um + 15°C erwärmen (bei einer Temperatur über der Bodenplatte von ca. –40°C). Durch die Rotation der Scheitelrolle kommt es zu einem Luftaustausch zwischen der Ober- und Unterseite der Bodenplatte. Die Temperatur dieser Luftströmung ist abhängig von den Temperaturen auf der Oberseite bzw. der Unterseite der Bodenplatte, der Rotationsgeschwindigkeit der Scheitelrolle sowie weiterer klimatischer Bedingungen. Aufgrund der vielen Parameter, ist es daher kaum möglich die Temperatur der Luftströmung exakt zu bestimmen, woraus sich wiederum eine fehlerbehaftete Bestimmung der Ventilationsverluste ergeben kann.This problem exists in climatic chambers, for example, because due to the large temperature differences between the actual climatic chamber and the area in which the vertex roller is located, there are strong temperature differences. In climate chambers, temperatures can be set in a range from + 50 ° C to –50 ° C. Part of the crown roller is located below a base plate of the test bench. The drive machine for the vertex roller, but also other mechanical and electrical components of the test bench, which are arranged below the base plate, can emit heat during operation. As a result, the area below the base plate can, for example, heat up to a value of + 15 ° C (at a temperature above the base plate of approximately -40 ° C). The rotation of the vertex roller results in an air exchange between the top and bottom of the base plate. The The temperature of this air flow depends on the temperatures on the top and bottom of the base plate, the speed of rotation of the crown roller and other climatic conditions. Because of the many parameters, it is hardly possible to exactly determine the temperature of the air flow, which in turn can result in a faulty determination of the ventilation losses.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erfassen von parasitären Verlusten eines rotierenden Körpers insbesondere einer Scheitelrolle eines Fahrzeugprüfstandes zu schaffen, die durch Luftreibung verursachte parasitäre Verluste druck- und temperaturunabhängig ermitteln kann.An object of the invention is a device and a method for detecting parasitic losses of a rotating body in particular a vertex roller of a vehicle test bench to create the parasitic losses caused by air friction independent of pressure and temperature can determine.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterentwicklungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.This task is performed according to the characteristics of the independent claims solved. dependent Expectations are on advantageous developments or preferred embodiments directed of the invention.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Erfassen von parasitären Verlusten eines rotie renden Körpers, die mindestens einen Sensor enthält der derart in einem Einflussbereich des rotierenden Körpers angeordnet ist, dass durch den Sensor eine Druckdifferenz erfasst wird, die durch eine Luftreibung zwischen einer Außenfläche des rotierenden Körpers und Umgebungsluft entsteht. Weiterhin kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die mit dem Sensor elektrisch verbunden ist und aus empfangenen und die erfasste Druckdifferenz enthaltenden Sensorsignalen durch Luftreibung verursachte parasitäre Verluste ermittelt.According to the invention, this object solved, that a device for detecting parasitic losses of a rotating Body that contains at least one sensor arranged in an area of influence of the rotating body is that the sensor detects a pressure difference that by air friction between an outer surface of the rotating body and Ambient air is created. A control unit can also be provided be that is electrically connected to the sensor and from received and the sensor signals containing the detected pressure difference Air friction caused parasitic Losses determined.

Der Sensor kann ein Staudrucksensor sein, der unmittelbar am Umfang des rotierenden Körpers angeordnet ist, um bei einem Rotieren des Körpers den am Umfang durch Luftreibung verursachten Staudruck zu erfasst.The sensor can be a dynamic pressure sensor be arranged directly on the circumference of the rotating body is when the body rotates of the dynamic pressure caused by air friction.

Dabei kann es sich um ein Staudruckrohr, vorzugsweise ein Pitot-Rohr oder weiter vorzugsweise ein Prandtlsches Staurohr handeln.This can be a dynamic pressure tube, preferably a pitot tube or further preferably act a Prandtl pitot tube.

Vorteile von Staudruckrohren sind u. a. die einfache Konstruktion, die niedrigen Kosten, der geringe Kalibrierungsaufwand, die leichte Montage sowie das druck- und temperaturunabhängige Erfassen von Luftströmungen.Advantages of pitot tubes are u. a. the simple construction, the low cost, the low Calibration effort, easy assembly and the pressure and temperature independent detection of Air currents.

Die mit dem Drucksensor gemessenen Größen sind direkt proportional zu den Ventilationsverlusten. Da die Druckdifferenz zwischen statischen und dynamischen Druck unabhängig von der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck sind, kann auf eine regelmäßige Kalibrierung des Prüfstandes verzichtet werden, was den Wartungsaufwand und die Ausfallzeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sowie der Anlage in der die Vorrichtung zum Erfassen der parasitären Verluste verwendet wird, stark reduziert.The measured with the pressure sensor Sizes are directly proportional to ventilation losses. Because the pressure difference between static and dynamic pressure regardless of the ambient temperature and the ambient pressure can be checked on a regular calibration of the test bench be dispensed with, what the maintenance effort and downtime the device according to the invention, and the system in which the device for detecting the parasitic losses is used, greatly reduced.

Es können für eine erste und eine zweite Rotationsrichtung des Körpers eine entsprechende Anzahl von Sensoren an dafür geeignete Stellen angebracht werden. Die Sensoren können gleichmäßig über den Umfang der Oberfläche verteilt werden um so weitere Störeinflüsse z.B. durch Temperaturdifferenzen und Luftturbulenzen in bzw. an der Anlage auszugleichen, bzw. durch eine Erfassung mehrerer Signale über den Umfang der Scheitelrolle das resultierende Verlustsignal zu mitteln und so die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.It can be used for a first and a second Direction of rotation of the body an appropriate number of sensors attached to suitable locations become. The sensors can evenly over the Circumference of the surface are distributed in order to further disruptive influences e.g. to compensate for temperature differences and air turbulence in or on the system, or by recording several signals over the circumference of the vertex roller to average the resulting loss signal and so the accuracy increase the measurement.

Weiterhin können an dem rotierenden Körper eine oder mehrere Kammern vorgesehen sein, wobei die Kammern nach oben offen ausgebildet sein können und unten eine Trennwand aufweisen können. Diese Kammern können räumlich voneinander getrennt sein. In einer und/oder mehreren Kammern können Sensoren vorhanden sein.Furthermore, a or several chambers can be provided, the chambers facing upwards can be open and can have a partition at the bottom. These chambers can be spatially separated from one another be separated. Sensors can be in one and / or several chambers to be available.

Ein Sensor kann eine Druckdifferenz zwischen einer ersten und einer zweiten Kammer erfassen, die durch eine Rotation des Körpers entsteht, wobei durch die Luftreibung bei einer Rotation des Körpers in Richtung der ersten Kammer in dieser ein größerer Druck erzeugt wird als in der zweiten Kammer und bei einer Rotation des Körpers in Richtung der zweiten Kammer in dieser ein größerer Druck erzeugt wird als in der ersten Kammer.A sensor can have a pressure difference between a first and a second chamber, which by a rotation of the body arises, due to the air friction when the body rotates in Direction of the first chamber in which a greater pressure is generated than in the second chamber and when the body rotates in Direction of the second chamber in which a greater pressure is generated than in the first chamber.

Es ist aber auch möglich einen Differenzdruck zwischen einer Kammer und einem beliebigen anderen Druck zu bestimmen. Dieser Druck kann der Umgebungsdruck oder ein Referenzdruck sein. Der Druck in der Kammer kann dabei von der Rotation des Körpers beeinflusst werden.But it is also possible Differential pressure between one chamber and any other To determine pressure. This pressure can be ambient pressure or a Reference pressure. The pressure in the chamber can depend on the rotation of the body to be influenced.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung lassen sich anhand der schematischen Zeichnungen und der folgenden Beschreibung entnehmen. Es zeigen:Other special features and advantages of the invention can be seen from the schematic drawings and the following Take description. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Rollenprüfstands mit einem Sensor; 1 a schematic representation of a dynamometer with a sensor;

2 eine schematische Darstellung eines Rollenprüfstands mit zwei Sensoren; 2 a schematic representation of a dynamometer with two sensors;

3 eine schematische Darstellung eines Rollenprüfstands mit zwei Kammern; 3 a schematic representation of a dynamometer with two chambers;

4 eine schematische Darstellung eines Pitot-Rohrs. 4 a schematic representation of a pitot tube.

1 zeigt einen Rollenprüfstand 1 mit einer Scheitelrolle 2, auf deren Scheitel ein Rad 3 eines Fahrzeugs steht. In Drehrichtung vor der Scheitelrolle 2 ist nahe der Rollenoberfläche 9 ein Sensor 4 angebracht. Dieser Sensor 4 ist mit einer Steuereinheit 5 elektrisch verbunden. Wenn sich die Scheitelrolle 2 in eine erste Drehrichtung 13 dreht, wird durch die Rauheit der Rollenoberfläche 9 die an die Rollenoberfläche 9 angrenzende Luftschicht mitgerissen und somit bewegt. Mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht sich auch die Luftgeschwindigkeit an der Oberfläche 9 der Scheitelrolle 2. Der Sensor 4 ist so angeordnet, dass er direkt durch die von der Scheitelrolle 2 erzeugte Luftströmung angeströmt wird. Die durch den Sensor 4 gemessene Luftströmung ist direkt proportional zu den Ventilationseffekten. In der Steuereinheit 5 wird dann das durch den Sensor 4 erhaltene Signal in die Regelung des Antriebs der Scheitelrolle 2 mit einbezogen. 1 shows a roller dynamometer 1 with a vertex roller 2 with a wheel on the top 3 of a vehicle. In the direction of rotation in front of the crown roller 2 is close to the roll surface 9 a sensor 4 appropriate. This sensor 4 is with a control unit 5 electrically connected. If the vertex roller 2 in a first direction of rotation 13 rotates due to the roughness of the roller surface 9 to the roll surface 9 adjacent air layer entrained and thus moved. The air speed on the surface increases with increasing speed 9 the vertex roller 2 , The sensor 4 is arranged so that it goes straight through from the vertex roller 2 generated air flow is flown. That through the sensor 4 measured air flow is directly proportional to the ventilation effects. In the control unit 5 then that will be through the sensor 4 received signal in the control of the drive of the vertex roller 2 involved.

2 zeigt ähnlich 1 einen Rollenprüfstand. Der Unterschied zu 1 ist ein zweiter Sensor 6. Der ersten Sensor 4 kann die Ventilationsverluste der Scheitelrolle 2 in einer ersten Drehrichtung 13 erfassen. Der zweite Sensor 6 kann die Ventilationsverluste der Scheitelrolle 2 in einer zweiten Drehrichtung 14 erfassen. Der zweite Sensor 6 ist dabei wie der erste Sensor 4 nahe der Rollenoberfläche 9 angebracht. Die Sensoren 4, 6 können aber unabhängig voneinander eingestellt werden. 2 shows similar 1 a dynamometer. The difference to 1 is a second sensor 6 , The first sensor 4 can reduce the ventilation losses of the crown roller 2 in a first direction of rotation 13 to capture. The second sensor 6 can reduce the ventilation losses of the crown roller 2 in a second direction of rotation 14 to capture. The second sensor 6 is like the first sensor 4 near the roll surface 9 appropriate. The sensors 4 . 6 but can be set independently.

3 zeigt einen Rollenprüfstand 1, mit einer erste Kammer 11 und in eine zweite Kammer 12, die durch eine Trennwand 7 geteilt sind. In einer ersten Kammer 11 befindet sich ein erster Druckaufnehmer und in der zweiten Kammer 12 befindet sich ein zweiter Druckaufnehmer. Die beiden Druckaufnehmer sind mit einem Sensor 8 verbunden. Der Sensor 8 ist elektrisch mit der Steuereinheit 5 verbunden. Dreht sich die Scheitelrolle 2 in Richtung der ersten Kammer 11, wird durch die Ventilationseffekte der Druck in der ersten Kammer 11 erhöht. Die Ventilationseffekte, die den Druck in der ersten Kammer 11 erhöhen, vermindern gleichzeitig den Druck in der zweiten Kammer 12. Die Trennwand 7 mindert einen Druckausgleich zwischen der ersten Kammer 11 und der zweiten Kammer 12. Die Steuereinheit 5 ermittelt aus dem Sensorsignal des Sensors 8 einen Differenzdruck, die proportional zu den Ventilationsverlusten ist. Der Differenzdruck kann auch vor der Steuereinheit 5 durch geeignete andere Mittel bestimmt werden. Durch diesen Aufbau ist es auch möglich, bei einer Richtungsänderung der Rotation der Scheitelrolle 2 die Ventilationsverluste zu messen. Auch dieser Aufbau ist gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur bzw. des Umgebungsdrucks unempfindlich. 3 shows a roller dynamometer 1 , with a first chamber 11 and into a second chamber 12 by a partition 7 are divided. In a first chamber 11 there is a first pressure sensor and in the second chamber 12 there is a second pressure sensor. The two pressure sensors are with a sensor 8th connected. The sensor 8th is electrical with the control unit 5 connected. The vertex roller rotates 2 towards the first chamber 11 , due to the ventilation effects, the pressure in the first chamber 11 elevated. The ventilation effects that the pressure in the first chamber 11 increase, decrease the pressure in the second chamber at the same time 12 , The partition 7 reduces pressure equalization between the first chamber 11 and the second chamber 12 , The control unit 5 determined from the sensor signal of the sensor 8th a differential pressure that is proportional to the ventilation losses. The differential pressure can also be in front of the control unit 5 be determined by appropriate other means. This structure also makes it possible to change the direction of the rotation of the vertex roller 2 measure ventilation losses. This structure is also insensitive to changes in the ambient temperature or pressure.

Die dargestellten Größen der Kammern sind beispielhaft. Die Kammern können sich über einen kleineren und/oder größeren Teil des Umfangs erstrecken, auch ist ihre Anzahl nicht auf die gezeigten Kammern begrenzt.The sizes shown Chambers are exemplary. The chambers can be smaller and / or smaller bigger part extend the circumference, their number is not on the chambers shown limited.

4 zeigt den schematischen Aufbau eines Pitot-Rohrs zur Messung von dynamischen und statischen Druck. Eine Luftströmung 41 umströmt das Pitot-Rohr 42 von vorne. Der dynamische Druck steht an der Mündung 43 des gegen die Strömungsrichtung zeigenden Rohrs 42 an. Der statische Druck wird an den Öffnungen 44 und 45 im Mantel des Rohrs abgegriffen. Durch kommunizierende Röhren 46 und 47 wird der statische sowie der dynamische Druck an ein Element 48 zur Messung der Druckdifferenz weitergeleitet. Durch die Kopplung von dynamischem und statischen Druck kann mit dieser Messung direkt die Strömungsgeschwindigkeit er fasst werden. Die Grundlage für dieses Messverfahren bildet die Bernoulli-Gleichung

Die anhaltende Rotation des Körpers erzeugt eine Luftströmung in der Nähe der Oberfläche 9. Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit nimmt auch die Strömungsgeschwindigkeit zu. Bei geringen bis mittleren Geschwindigkeiten handelt es sich bei der Strömung um eine laminare Strömung, bei höheren Geschwindigkeiten kann die laminare Strömung in eine turbulente Strömung übergehen. Durch die turbulente Strömung können die Ergebnisse der Sensoren verfälscht werden. 4 shows the schematic structure of a Pitot tube for measuring dynamic and static pressure. An air flow 41 flows around the Pitot tube 42 from the front. The dynamic pressure is at the mouth 43 of the pipe pointing against the flow direction 42 on. The static pressure is at the openings 44 and 45 tapped in the jacket of the pipe. Through communicating tubes 46 and 47 the static as well as the dynamic pressure on an element 48 forwarded to the measurement of the pressure difference. By coupling dynamic and static pressure, the flow velocity can be measured directly with this measurement. The Bernoulli equation forms the basis for this measurement method

The continued rotation of the body creates an air flow near the surface 9 , With increasing rotational speed, the flow speed also increases. At low to medium speeds, the flow is a laminar flow, at higher speeds the laminar flow can change into a turbulent flow. The results of the sensors can be falsified by the turbulent flow.

Der Übergang von einer laminaren in eine turbulente Strömung lässt sich über die dimensionslose Reynoldszahl berechnen:

wobei L die charakteristische Länge in m, v die Strömungsgeschwindigkeit m/s und ν die kinematische Viskosität in m²/s ist. ν beträgt für Luft 14,31·10⁶ m²/ s. Bei einer Reynoldszahl kleiner 1200 spricht man von einer laminaren Strömung. Bei Rotationsgeschwindigkeiten der Scheitelrolle 2 die einer simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit von 200 km/h entsprechen, kann die Möglichkeit bestehen, dass die Reynoldszahl größer 1200 wird. D.h. die Strö mung an der Oberfläche 9 der Scheitelrolle 2 geht von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung über.The transition from a laminar to a turbulent flow can be calculated using the dimensionless Reynolds number:

where L is the characteristic length in m, v is the flow velocity m / s and ν is the kinematic viscosity in m ² / s. ν is 14.31 · 10 ⁶ m ² / s for air. If the Reynolds number is less than 1200, one speaks of a laminar flow. At rotation speeds of the vertex roller 2 which correspond to a simulated vehicle speed of 200 km / h, there may be a possibility that the Reynolds number will exceed 1200. Ie the flow on the surface 9 the vertex roller 2 changes from a laminar flow to a turbulent flow.

Aufgrund des sich ändernden Strömungsverhalten an der Oberfläche 9 der Scheitelrolle 2 kann es hilfreich sein, dass die Ausrichtung der Sensoren 4, 6, 8 einstellbar ist, damit die Sensoren 4, 6, 8 bei einer turbulenten Strömung an der Oberfläche 9 der Scheitelrolle 2 auf den Bereich der laminaren Strömung eingestellt bzw. ausgerichtet werden können. Dabei kann der Winkel zwischen den Sensoren 4, 6, 8 und der Scheitelrolle 2 eingestellt werden. Auch kann der Abstand der Sensoren 4, 6, 8 von der Scheitelrolle 2 eingestellt werden. Ferner können der Abstand und/oder der Winkel der Sensoren 4, 6, 8 zu der Scheitelrolle 2 motorisch eingestellt werden. Dabei kann das Motorsignal von der Steuereinheit 5 in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit der Scheitelrolle 2 bestimmt werden.Due to the changing flow behavior on the surface 9 the vertex roller 2 it can be helpful that the orientation of the sensors 4 . 6 . 8th is adjustable so that the sensors 4 . 6 . 8th with a turbulent flow on the surface 9 the vertex roller 2 can be adjusted or aligned to the area of the laminar flow. The angle between the sensors 4 . 6 . 8th and the vertex roller 2 can be set. Also the distance between the sensors 4 . 6 . 8th from the vertex roller 2 can be set. Furthermore, the distance and / or the angle of the sensors 4 . 6 . 8th to the vertex roller 2 can be adjusted by motor. The engine signal from the control unit 5 depending on the rotation speed of the vertex roller 2 be determined.

Die Sensoren können auch an anderen geeigneten Stellen angebracht sein, solange sie direkt und/oder indirekt angeströmt werden. Die Strömung kann dabei durch mechanische, elektromechanische und/oder hydraulische Einrichtungen zu den Sensoren umgelenkt werden.The sensors can also be used on other suitable ones Places are appropriate, as long as they are exposed to direct and / or indirect flow. The current can thereby by mechanical, electromechanical and / or hydraulic Devices are diverted to the sensors.

Die Anzahl der Sensoren 4, 6, 8 und/oder Kammern 11, 12 ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine entsprechende Anzahl von Sensoren und/oder Kammern an dafür geeignete Stellen anzubringen. Die Sensoren und/oder Kammern können auch gleichmäßig über den Umfang der Oberfläche 9 verteilt werden um so weitere Störeinflüsse z.B. durch Temperaturdifferenzen und Luftturbulenzen in bzw. an der Anlage auszugleichen, bzw. durch eine Erfassung mehrerer Signale über den Umfang der Scheitelrolle 2 das resultierende Verlustsignal zu mitteln und so die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.The number of sensors 4 . 6 . 8th and / or chambers 11 . 12 is not limited to a specific number. It may prove expedient to have a corresponding number of sensors and / or Attach chambers to suitable locations. The sensors and / or chambers can also be uniform over the circumference of the surface 9 are distributed in order to compensate for further interferences, for example by temperature differences and air turbulence in or on the system, or by recording several signals over the circumference of the vertex roller 2 averaging the resulting loss signal and thus increasing the accuracy of the measurement.

Bei den Sensoren 4, 6, 8 können verschiedenste Arten von Drucksensoren wie z.B. Staudruckrohre, Membrandrucksensoren bzw. Volumenstromsensoren wie z.B. Hitzdrahtsensoren eingesetzt werden. Es sind alle Sensoren denkbar, mit deren Hilfe Drücke, Strömungen, Geschwindigkeiten oder dazu proportionale Größen erfassbar sind.With the sensors 4 . 6 . 8th Various types of pressure sensors such as pitot tubes, membrane pressure sensors or volume flow sensors such as hot wire sensors can be used. All sensors are conceivable with the aid of which pressures, currents, speeds or quantities proportional to them can be detected.

Die beschriebene Vorrichtung kann auch bei allen anderen schnelllaufenden Maschinen wie z.B. Spinn-, Walz- und Druckmaschinen angewandt werden, sowie bei allen Maschinen, bei denen Ventilationsverluste aufgrund der Reibung zwischen bewegten Teilen und der Umgebungsluft auftreten können. Auch kann die Vorrichtung bei Prüfständen zur Prüfung von Schienenfahrzeugen, wie sie von dem Eisenbahn-Bundesamt sowie der Deutschen Bahn AG verwendet werden, zum Einsatz kommen.The device described can also with all other high-speed machines such as spinning, Rolling and printing machines are used, as well as with all machines, where ventilation losses due to the friction between moving Parts and the ambient air can occur. The device can also for test benches exam of rail vehicles, such as those of the Federal Railway Authority as well Deutsche Bahn AG can be used.

Durch die Erfindung können in sehr vorteilhafter Weise Ventilationsverluste von rotierenden Körpern bestimmt werden, wobei keine aufwendige Druck- und/oder Temperaturkompensation notwendig ist. Der durch die Steuereinheit 5 ermittelte Ventilationsverlust kann bspw. das durch den Fahrzeugprüfstand ermittelte Kraftsi gnal korrigieren um so die Genauigkeit der Fahrzeugprüfung zu erhöhen.Ventilation losses from rotating bodies can be determined in a very advantageous manner by the invention, no complex pressure and / or temperature compensation being necessary. The one by the control unit 5 The ventilation loss determined can, for example, correct the force signal determined by the vehicle test bench in order to increase the accuracy of the vehicle test.

Die einzelnen Teile der Erfindung sind selbstverständlich nicht beschränkt auf die beschriebenen Kombinationen und können auch in anderen Kombinationen bzw. unabhängig voneinander eingesetzt werden. Die einzelnen Erfindungsgedanken können erfindungsgemäß auch selbständig oder in Verbindung mit anderen Gegenständen zur Anwendung kommen.The individual parts of the invention are a matter of course not limited on the combinations described and can also be used in other combinations or independently are used by each other. The individual ideas of the invention can also independently or in connection with other objects.

Claims

Device for detecting parasitic losses of a rotating body, with - at least one sensor ( 4 . 6 . 8th ), which is arranged in an area of influence of the rotating body such that the sensor ( 4 . 6 . 8th ) a pressure difference is detected, which is caused by air friction between an outer surface ( 9 ) of the rotating body and ambient air, and - a control unit ( 5 ) with the sensor ( 4 . 6 . 8th ) is electrically connected and determines parasitic losses caused by air friction from received and detected pressure difference containing sensor signals.

Device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 4 . 6 . 8th ) a first dynamic pressure sensor ( 4 . 6 . 8th ) that is directly related to the scope ( 9 ) of the rotating body is arranged to rotate in a first direction when the body is rotated ( 13 ) to record the dynamic pressure caused by air friction.

Device according to claim 2, characterized in that a second dynamic pressure sensor ( 4 . 6 . 8th ) is provided, which is directly on the circumference ( 9 ) of the rotating body is arranged to rotate in a second direction when the body is rotated ( 14 ) to record the dynamic pressure caused by air friction.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the dynamic pressure sensor ( 4 . 6 . 8th ) a pitot tube ( 42 ) is.

Device according to claim 1, characterized in that on the rotating body a first chamber ( 11 ) is provided, which is open at the top.

Device according to claim 5, characterized in that on the rotating body a second chamber ( 12 ) is provided, the chamber being open at the top, the chambers ( 11 . 12 ) and below a partition ( 7 ) which extend in the direction of the rotating body.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the sensor ( 4 . 6 . 8th ) a pressure difference between the first and the second chamber ( 11 . 12 ) recorded, which arises from a rotation of the body, whereby by the air friction with a rotation of the body in the direction of the first chamber ( 11 ) a higher pressure is generated in this than in the second chamber ( 12 ) and when the body rotates towards the second chamber ( 12 ) a higher pressure is generated in this than in the first chamber ( 11 ).

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the sensor signal is directly proportional to that on air friction based parasitic Is losses and in particular no temperature compensation or Pressure compensation is required.

Device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the rotating body has an apex roller ( 2 ) a vehicle test bench ( 1 ) is.

Test bench ( 1 ) for vehicles with a device according to at least one of claims 1 to 9.

Method of detecting parasitic ver detach a rotating body, with the steps: - Detecting a pressure difference with at least one sensor ( 4 . 6 . 8th ), the pressure difference due to air friction between an outer surface ( 9 ) of the rotating body and the ambient air, - receiving the from the sensor ( 4 . 6 . 8th ) output signals containing the pressure difference by a control unit ( 5 ) and - determining the parasitic losses caused by air friction by the control unit ( 5 ) from the signals of the sensor ( 4 . 6 . 8th ).