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Motorprüfstand (mit Wirbelstrom-Leistungsbremse)

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Auf den Prüfständen werden hauptsächlich die von SRA&E selbst gebauten Motoren sowie die im Besitz befindlichen eigens modifizierten oder getunten Exemplare von Slot Car Motoren der einschlägigen Hersteller-Marken gemessen.



Für die Prüfung in stationären Betriebspunkten, d.h. mit konstanten Belastungsdrehmomenten über eine Dauer von je ca. 4 Sekunden, wurde eine kleine Wirbelstrom-Leistungsbremse speziell für die Slot-Racing Motoren entwickelt und gebaut. Sie ist in der vorhandenen Ausführung nur für intermittierenden Betrieb mit Kurzzeit-Maximallast-Phasen ausgelegt und hat dabei eine Leistungskapazität von 120 Watt.

Die vom Motor übertragene mechanische Leistung wird von ihr durch Abbremsung aufgrund der gegeneinander wirkenden Magnetfelder von einerseits den erzeugten Wirbelstrom-Schleifen im angetriebenen, d.h. mitrotierenden Scheibenrotor und andererseits vom Stator (im Bremsengehäuse) absorbiert. Dabei wird sie in der Rotorscheibe in Wärme umgesetzt.

Die Leistungsbremse verfügt in der vorhandenen Ausführung über keine Zwangskühlung von außen. Die entstehende Wärme wird während der vergleichsweise längeren Stillstandsphasen zwischen dem Anfahren der einzelnen Messpunkte im intermittierenden praktischen Betrieb durch Abstrahlung an die Umgebung wieder abgegeben.

Drehzahl und Drehmoment werden direkt gemessen. Am hinteren freien Wellenende des Bremsenrotors wird die Drehzahl optoelektronisch über eine Reflexionslichtschranke erfasst.
Die Leistungsbremse ist in zwei Kugellagern drehbar gelagert, so dass sich das Gehäuse über einen als Blattfeder gestalteten Kraftsensor mit applizierten Dehnungsmessstreifen gegenüber dem Boden abstützen kann. Auf diese Weise wird das vom Bremsenrotor auf das Gehäuse übertragene Drehmoment direkt gemessen.
Durch schrittweises Verstellen des Erregerstromes in den Spulen der Magnetkreise kann das Bremsmoment der Leistungsbremse variiert und damit der nutzbare Bereich der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors punktweise abgefahren werden.
Auf diese Weise ist es möglich, sämtliche Kenngrößen des Motors inklusive Wirkungsgrad als Funktion des Belastungsdrehmomentes aufzunehmen.

Die Leistungsabgabe eines Motors wird natürlich durch die Leistungsaufnahme bestimmt. Er kann nur so viel mechanische Leistung abgeben , wie er - abzüglich der Verluste beim Umsetzungsprozess - an elektrischer Leistung aufnimmt.
Der Umfang der Leistungsaufnahme ist abhängig von der Ankerwicklung, von der Kapazität der Stromversorgung, der Betriebsspannung sowie den unvermeidlichen Vorwiderständen im Stromkreis in Form von Kabeln, Stecker-Buchsen-Kontakt-Verbindungen, Stromleitern in der Fahrbahn und den Kontakt-Übergangswiderständen zwischen diesen und den Schleifern.

Die Stomversorgung, mit der die Motoren auf dem Prüfstand betrieben werden, basiert auf einer 12 V - KFZ-Batterie.
In die Stromversorgung kann ein exakter Widerstand im - Bereich von 50 bis 400 mΩ eingebaut werden, der den bei der jeweiligen Rennstrecke vorkommenden realen Wert des Verkabelungswiderstandes simuliert. Dieser sorgt damit für eine realistische Leistungsabgabe auf dem Prüfstand - genau so, wie sie auf der Strecke vorkommt.
Wenn der aus der Verkabelung resultierende Vorwiderstandswert einer bestimmten Strecke bekannt ist, läßt sich der entsprechende Wert auf dem Prüfstand einstecken, und man erreicht damit die individuell nur auf dieser Strecke mögliche, ganz authentische Leistungsabgabe des Motors.

Wie sich aus verschiedenen, von SRA&E durchgeführten Höchstgeschwindigkeitsmessungen auf Rennstrecken ergab, bewegen sich die daraus jeweils errechneten Betriebsdrehzahlen der schnellsten Motoren bei den gängigen Getriebeübersetzungen bis hin zu 140 000 1/min. Die Motoren, die dies erreichen können, werden auf dem Prüfstand auch nur bis zu dieser obersten Grenze geprüft, da sie in diesem Bereich erwiesenermaßen standfest sind.

Warum überhaupt Leistungsmessung auf dem Prüfstand?
Die Zielgenauigkeit und Präzision bei der Verfolgung optimaler Werte hinsichtlich der Motorleistungen lässt sich nur mit einer systematischen und professionellen Vorgehensweise durch Messungen der relevanten Daten auf dem Motor-Prüfstand erreichen, d. h. nur am Motor allein u n d mit Simulation der realen elektrischen Randbedingungen einer aus den bestehenden ausgewählten Strecke ( streckenspezifisch eingesetzter, entsprechender Vorwiderstand).

Wenn ein Motor mit (im Einsatz bereits nachweislich) sehr guten Leistungswerten vorhanden ist, müssen dessen Daten durch Messung ermittelt sein, wenn man diese als Referenzwerte heranziehen möchte, um später nachfolgende Exemplare, bzw. die Konfiguration mit einem neuen Anker ebenfalls in das gewünschte Qualitätsfenster hineinbringen zu können oder zumindest in genauen Vergleich setzen zu können.
Die allgemein natürlich immer angestrebte Reproduzierbarkeit der Motorqualitäten kann mit lediglich der bekannten, üblicherweise angewandten Probier-Methode bei eingebautem Zustand im Fahrzeug und Betrieb auf der Strecke mittels Rundenzeit-Vergleichen niemals in dem hohen Grad erreicht werden. Denn dabei haben immer zusätzlich noch andere Parameter auf die Performance des kompletten Fahrzeuges einen gehörigen Einfluss (siehe unten).
Mit dieser Methode lässt sich nur eine indirekte und damit grobe qualitative Beurteilung der Motorleistung mit geringer Trennschärfe erzielen.

Ebenso wenig kann durch ein "Hören" oder (zumindest schon besser :) Messen der Drehzahl im unbelasteten Zustand, also nur im Leerlauf, eine Aussage über die eigentlich gesuchte Größe "Mechanische Leistung" getroffen werden. Die Drehzahl ist ja nur die eine von 2 Komponenten, aus denen sich die mechanische Leistung zusammensetzt.
Die andere Komponente, nämlich das jeweilige zugehörige Last-Drehmoment, fehlt dabei.

Ein weiteres Thema ist das mögliche Betreiben eines Motors lediglich mit 2 kurzen Anschlusskabeln direkt an einem Netzgerät von ausreichender Strom-Kapazität mit der Absicht, damit auf einem evtl. vorhandenen Prüfstand realitätsnahe Messwerte in Bezug auf authentische Leistungsdaten im eigentlichen Betrieb zu erhalten. Dies ist im Grunde illusorisch. Unter solchen Bedingungen ermittelte Werte wären generell viel zu hoch gegenüber dem Betrieb auf der Strecke und von daher im Endeffekt wertlos. Viel zu hoch deshalb, weil der Motor wegen des dabei vorhandenen, winzigen wirksamen Kabel(vor-)widerstands vergleichsweise viel zu viel elektrische Eingangsleistung gegenüber dem Streckenbetrieb bekommt.

Die Faktoren, die bei der o.g. Bewertungsmethode durch ausschließliche Fahrt auf der Strecke mit hineinspielen, sind:

  • die Streckencharakteristik bzw. das Strecken-Layout und die Geraden-Länge der zum Test verfügbaren Strecke

  • das Grip-Niveau von Reifen und Streckenoberfläche, sowie die davon abhängende Höhe des Reifenschlupfes