Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Prüfverfahren zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings, insbesondere eines Antriebstrangs von Windenergieanlagen.

Die Anforderungen an Prüfstände für insbesondere mechanische Antriebssysteme, insbesondere für Windenergieanlagen (WEA), steigen mit zunehmen- den Größen von Prüflingen. Viele bestehende Prüfstände für Antriebstränge sind bereits zu klein und/oder zu leistungsschwach für Prüfanforderungen von modernen Windenergieanlagen.

Im Stand der Technik werden wachsende Prüfanforderungen hinsichtlich der Leistung und/oder der einzuleitenden Belastungen erfüllt, indem größere Prüfstände, beispielsweise zum Prüfen einer Windenergieanlagen-Gondel o- der eines Windenergieanlagen-Antriebsstrangs, gebaut werden. Die Realisierung immer größerer Prüfstände ist jedoch mit überproportional ansteigenden Kosten und Aufwand verbunden. Infolgedessen ist der weit verbreitete Validierungsansatz im Rahmen der Produktentwicklung nach dem V-Modell, d.h. die Validierung auf verschiedenen Entwicklungsstufen während der Produktentwicklung, auf der Ebene des Systems „Antriebsstrang" nur schwer zu verwirklichen, da bereits heute viele existierende Prüfeinrichtungen nicht die erforderliche Prüfkapazität für den gesamten, spezifizierten Arbeitsbereich (Leerlauf, Teillast, Volllast, Überlast) für aktuelle und künftige Antriebstrang- Prototypen bieten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein alternatives Prüfverfahren vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Prüfverfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Das vorgeschlagene hybride Prüfverfahren dient zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings, insbesondere eines Antriebstrangs von Windenergieanlagen, unter vordefinierten Belastungen. Das Prüfverfahren umfasst die folgenden Schritte

I. Bereitstellen eines Prüfstandes mit einem zu prüfenden Prüfling, wobei der Prüfstand eine maximal aufbringbare Last aufweist, die durch den Prüfstand auf den Prüfling aufgebracht werden kann, wobei für den Prüfling eine Volllast vordefiniert ist, wobei die Volllast des Prüflings größer ist als die maximal aufbringbare Last des Prüfstands, II. Betreiben des Prüfstands zum Durchführen eines mechanischen Teillast-Belastungstests bei dem Prüfling, wobei der Prüfling mit einer Teillast-Belastung beaufschlagt wird, die kleiner ist als die Volllast-Belastung des Prüflings und kleiner oder gleich der maximal aufbringbaren Last des Prüfstands ist,

III. Bereitstellen eines Simulationsmodells zum Prüfen des Prüflings,

IV. Validieren des Simulationsmodells mithilfe der Ergebnisse des Teillast-Belastungstests in Schritt II,

V. Simulieren eines Belastungstests des Prüflings unter Volllast und/oder Überlast in dem validierten Simulationsmodell.

Eine maximal durch den Prüfstand auf den Prüfling aufbringbare Last kann also geringer sein, als eine Volllast des Prüflings. So kann beispielsweise ein Prüfstand zum Prüfen des Prüflings verwendet werden, der deutlich kleiner ist als ein Prüfstand, der die Volllast des Prüflings auf den Prüfling aufbringen könnte. Die Investitionskosten für einen derartigen Prüfstand können deutlich geringer sein als für einen Prüfstand, der eine Volllast des Prüflings abbilden könnte.

Unter Volllast kann vorliegend eine vom Hersteller angegebene maximale Belastung verstanden werden. Die Volllast kann also insbesondere die maximale Last sein, für die der Prüfling bei der Konstruktion ausgelegt wurde. Bei einer Maschine kann die Volllast dem Zustand der maximalen Leistung entsprechen. Unter Überlast kann eine Belastung oberhalb der Volllast verstanden werden.

In Schritt V kann insbesondere ein Lastbereich simuliert werden. Eine untere Grenze des Lastbereichs kann insbesondere größer oder gleich der maximal durch den Prüfstand auf den Prüfling aufbringbaren Last sein. Eine obere Grenze des Lastbereichs kann kleiner oder gleich der Volllast des Prüflings und/oder kleiner gleich einer definierten Überlast des Prüflings sein. Eine Simulation des Lastbereichs kann sich aus Wiederholungen von nacheinander und/oder gleichzeitig durchgeführten Simulationen einzelner Lastfälle in dem entsprechenden Lastbereich zusammensetzen. Die Durchführung der mechanischen Tests bei Teillasten kann zu einem geringeren Energiebedarf und/oder zu einer geringeren Anzahl von real durchzuführenden Tests im Vergleich zur Prüfung auf einem Prüfstand mit höherer Leistungsfähigkeit führen. Beides kann zu geringeren Prüfkosten führen. Zudem kann die Notwendigkeit entfallen, in größere bzw. leistungsfähigere Prüfstandsinfrastruktur zu investieren, sobald die ersten Prüfanforderungen die bestehenden Prüfstandskapazitäten überschreiten. Bereits existierende kleinere Prüfstände können weiterhin für die Prüfung eines Prüflings mit größerer Betriebsleistung bzw. Belastungsanforderung verwendet werden. Die Betreiber der vorhandenen Prüfstände verfügen meist über validierte Simulationsmodelle der Prüfstände, die auf Daten mehrerer Prüfkampagnen aufsetzen. Weiterhin kann bei den vorhandenen Prüfständen allgemein von einer höheren Zuverlässigkeit (zahlreiche Fehler wurden bereits behoben) und einem effizienteren Betrieb ausgegangen werden als bei neu in Betrieb genommenen Prüfständen. Ferner kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein validiertes Simulationsmodell generiert werden, das auch für andere Anwendungen verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens kann sein, dass validierte virtuelle Modelle (in beliebiger Anzahl) durch Parallelisierung zum Testen mehrerer Testszenarien verwendet werden können. Dies kann zu Zeit- und Kosteneinsparungen führen, während in einem physischen Prüfstand in der Regel jeweils nur ein Test gleichzeitig durchgeführt werden kann.

Die Nummerierung der Schritte kann eine Reihenfolge der Durchführung, beispielsweise in einer aufsteigenden Reihenfolge, vorgeben. Jedoch kann eine Durchführung auch von der aufsteigenden Reihenfolge abweichen. Die Schritte können beispielsweise in der Reihenfolge I, II, III, IV, V durchgeführt werden. Alternativ können die Schritte in der Reihenfolge I, III, II, IV, V oder in der Reihenfolge III, I, II, IV, V durchgeführt werden. Die Schritte I und III können gleichzeitig durchgeführt werden. Bevor der Schritt II durchgeführt wird, kann der Schritt I durchgeführt sein. Der Schritt V kann insbesondere nach dem Schritt IV durchgeführt werden. Der Schritt IV kann insbesondere nach dem Schritt II durchgeführt werden.

In einer Ausführung bringt der Prüfstand im Schritt II die maximal aufbringbare Last auf den Prüfling auf. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, da derart ein Lastfall mechanisch geprüft wird, der vergleichsweise nah an dem simulierten Belastungstest des Schrittes V ist. Insbesondere für den Fall von einem nicht linear verlaufenden Verhalten des Prüflings bei ansteigender Belastung, kann eine Qualität des Simulationsmodells verbessert werden, wenn eine Validierung des Simulationsmodells im Schritt IV mit Lastfällen vorgenommen werden kann, die vergleichsweise nah an dem simulierten Lastfall liegen.

In einer Ausführung kann der Schritt IV umfassen, dass eine Belastung des Prüflings unter derselben Teillast wie in dem Teillast-Belastungstests des Schrittes II in dem Simulationsmodell simuliert wird. Die Ergebnisse des Teillast-Belastungstests des Schrittes II und die Ergebnisse der Teillast-Simulation können miteinander verglichen werden.

In einer Ausführung kann das Simulationsmodell in Schritt IV angepasst werden. Insbesondere kann eine Anpassung stattfinden, wenn die Ergebnisse des Teillast-Belastungstests im Prüfstand und der Teillast-Simulation ungleich sind und/oder nicht in einem vordefinierten Toleranzbereich liegen. So kann eine Qualität des Simulationsmodells und/oder der simulierten Ergebnisse verbessert werden. Die Qualität des Simulationsmodells kann insbesondere darstellen, wie ähnlich ein mit dem Simulationsmodell simulierter Test einem Test an einem Prüfstand unter denselben Randbedingungen ist. Die Qualität kann beispielsweise durch eine Abbildungsgüte des Tests im Simulationsverfahren definiert sein. Je ähnlicher Ergebnisse eines simulierten Tests Ergebnissen des gleichen Tests am Prüfstand sind, desto besser kann die Qualität sein.

In einer Ausführung kann das Simulationsmodell in Schritt IV angepasst werden, indem Parameter des Simulationsmodells, insbesondere bei unverändertem physikalisch-mathematischem Modell, angepasst werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Simulationsmodell in Schritt IV angepasst werden, indem das physikalisch-mathematische Modell zur Systembeschreibung angepasst wird. Dabei können neue und/oder veränderte Parameter verwendet werden.

In einer Ausführung kann der Schritt II für zumindest eine weitere Teillast und/oder zumindest zwei weitere Teillasten und/oder zumindest drei weitere Teillasten wiederholt werden. Der Schritt II kann für eine Vielzahl von Teillasten wiederholt werden. Die eine Teillast oder die mehreren Teillasten kann/können insbesondere kleiner als die maximal aufbringbare Last des Prüfstands sein. Die Ergebnisse des wiederholten Tests bzw. der wiederholten Tests können jeweils zum Validieren des Simulationsmodells in Schritt IV genutzt werden. So kann eine Genauigkeit des Simulationsmodells verbessert werden. Durch eine Vielzahl von Tests kann insbesondere ein nichtlineares Verhalten eines Prüflings erfasst werden. Die Ergebnisgüte der Simulation in Schritt V kann verbessert werden.

In einer Ausführung können zum Ermitteln von Parametern für das Simulationsmodell in Schritt IV die Ergebnisse des Teillast-Belastungstests in Schritt II als Referenz verwendet werden, um das Simulationsmodell so anzupassen, dass die Messungen aus den Teillast-Belastungstests im Wesentlichen den Simulationsergebnissen des bzw. der Teillast-Belastungstest/s in der Simulation entsprechen. Dies kann die Genauigkeit des Simulationsmodells erhöhen.

In einer Ausführung kann die maximal aufbringbare Last des Prüfstands mindestens 40% und/oder mindestens 50% und/oder mindestens 60% und/oder mindestens 70% und/oder mindestens 90% der Volllast des Prüflings sein.

Dabei kann die maximal aufbringbare Last des Prüfstands von mindestens 40% und/oder von mindestens 50% den Vorteil haben, dass genügend Daten auf dem Prüfstand erhoben werden können, um das Simulationsmodell vergleichsweise genau zu validieren. Ferner können Prüfstandkosten und/oder - dimensionen vergleichsweise gering gehalten werden.

Bereiche von mindestens 60% und/oder mindestens 70% der Volllast des Prüflings können eine verbesserte Simulationsmodellgüte gegenüber verfahren mit geringeren maximal aufbringbaren Lasten des Prüfstands haben. Ferner können Prüfstandkosten und/oder -dimensionen vergleichsweise gering gehalten werden.

Bereiche von mindestens 80% und/oder mindestens 90% der Volllast des Prüflings können nochmals bessere Simulationsergebnisse liefern als Verfahren mit geringeren maximal aufbringbaren Lasten des Prüfstands. Dabei steigen jedoch die Prüfstandkosten und/oder -dimensionen gegenüber Verfahren mit Prüfständen mit geringeren aufbringbaren maximalen Lasten.

Die maximal aufbringbare Last des Prüfstands kann beispielsweise höchstens 99% und/oder höchstens 90% und/oder höchstens 80% und/oder höchstens 70% und/oder höchstens 65% und/oder höchstens 60% der Volllast des Prüflings sein. Prüfstände, die sehr hohe maximal aufbringbare Lasten von beispielsweise bis zu 99% und/oder bis zu 90% der Volllast des Prüflings aufweisen, können sehr genaue Ergebnisse im Simulationsverfahren liefern. Ferner kann gegenüber einem Verfahren, das auch den Volllasttest am Prüfstand vorsieht, ein kleinerer und/oder kostengünstigerer Prüfstand verwendet werden. „Kleiner" kann vorliegend als im Wesentlichen „weniger leistungsstark" verstanden werden. Weniger leistungsstarke Prüfstände können in der Regel auch räumlich „kleiner" gebaut werden. Bei geringerer Maximallast kann trotzdem insbesondere geometrisch/physikalisch der in Teillast zu prüfende Prüfling mit dem Prüfstand integriert werden.

Verfahren mit Prüfständen, die hohe maximal aufbringbare Lasten von beispielsweise bis zu 80% und/oder bis zu 70% der Volllast des Prüflings aufweisen, können genaue Ergebnisse im Simulationsverfahren liefern. Eine Kostenersparnis gegenüber einem Prüfstand, der die Volllast des Prüfstandes testen kann, ist signifikant. Zusätzlich oder alternativ kann ein vergleichsweise kleiner Prüfstand verwendet werden, der entsprechend weniger Lagerplatz in Anspruch nimmt. Insbesondere für Anwendungsfälle, in denen an die Genauigkeit nicht allzu hohe Ansprüche gestellt werden, kann es vorteilhaft sein, einen Prüfstand zu verwenden, dessen maximal aufbringbare Last höchstens 65% und/oder höchstens 60% der Volllast des Prüflings ist. Ein derartiger Prüfstand ist typischerweise deutlich kleiner und günstiger als ein Prüfstand, der in der Lage ist, höhere Lasten aufzubringen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Prüfling verschiedenen Belastungsprüfungen unterzogen wird. Die Schritte I und/oder II und/oder III und/oder IV und/oder V können beispielsweise für verschiedenartige Belastungen wiederholt durchgeführt werden. Insbesondere können die Schritte II und IV und V beispielsweise für verschiedenartige Belastungen, zum Beispiel für ein Torsionsmoment und/oder ein Biegemoment und/oder eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft, wiederholt durchgeführt werden. Für jede Belastungsart können die Schritte II und IV für eine oder mehrere unterschiedliche Teillasten durchgeführt werden.

In einer Ausführung kann Schritt V eine Simulation eines Belastungstests des Prüflings unter Überlast in dem validierten Simulationsmodell umfassen. Überlast kann dabei beispielsweise als eine Last in einem Bereich von 120% bis 200% der Volllast definiert sein.

Das vorgeschlagene hybride Prüfverfahren kann sich insbesondere eignen zum Prüfen eines technischen Systems, welches Belastungen auf einem Prüfstand ausgesetzt ist und/oder einer Welle-Lager-Einheit eines Antriebsstrangs einer technischen Maschine und/oder eines Antriebsstrangs einer Windenergieanlage oder einer Getriebestufe eines Antriebstrangs oder einer Kraftfahrzeugkardanwelle oder eines Planetengetriebes für Windenergieanlagen oder eines Wälzlagers. Der Prüfling kann entsprechend ein technisches System, welches Belastungen auf einem Prüfstand ausgesetzt ist und/oder eine Welle- Lager-Einheit eines Antriebsstrangs einer technischen Maschine und/oder ein Antriebsstrang einer Windenergieanlage und/oder eine Getriebestufe eines Antriebstrangs und/oder eine Kraftfahrzeugkardanwelle und/oder ein Planetengetriebe für Windenergieanlagen oder ein Wälzlager sein.

Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden exemplarische Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die genannten Merkmalsausprägungen und Merkmalskombinationen sind nicht einschränkend zu verstehen und dienen lediglich der Veranschaulichung.

Es zeigen

Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm veranschaulichend ein hybrides Prüfverfahren zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings unter vordefinierten Belastungen,

Fig. 2 ein Diagramm darstellend Anteile von Messergebnissen aus physikalischen Tests und Simulationsergebnisse in Abhängigkeit der Last,

Fig. 3 ein beispielhaftes Prozessschaubild veranschaulichend ein hybrides Prüfverfahren zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings unter vordefinierten Belastungen,

Fig. 4 ein beispielhaftes Prozessschaubild veranschaulichend ein hybrides Prüfverfahren zur Messung einer Verformung eines Maschinenträgers eines Antriebsstrangs von Windenergieanlagen (WEA) unter verschiedenartigen kombinierten Belastungen,

Fig. 5 ein beispielhaftes Prozessschaubild veranschaulichend ein hybrides Prüfverfahren zur Prüfung einer Kraftfahrzeugkardanwelle und

Fig. 6 ein beispielhaftes Prozessschaubild veranschaulichend ein hybrides Prüfverfahren zur Prüfung einer Verzahnungsverformung und Planetenträgerverschiebung eines Getriebes für Windenergieanlagen.

In Figur 1 ist ein Flussdiagramm 100 zur Veranschaulichung eines hybriden Prüfverfahrens zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings unter vordefinierten Belastungen dargestellt. In einem Schritt 101 wird ein Prüfstand mit einem zu prüfenden Prüfling bereitgestellt. Der Prüfstand weist dabei eine maximal aufbringbare Last auf, die durch den Prüfstand auf den Prüfling aufgebracht werden kann. Für den Prüfling ist eine Volllast definiert. Die Volllast des Prüflings ist größer als die maximal aufbringbare Last des Prüfstands. Vorliegend beträgt die maximal aufbringbare Last des Prüfstands beispielsweise 80% der Volllast des Prüflings. Ferner wird in einem Schritt 102 zumindest ein Simulationsmodell 105 bereitgestellt, das zum Prüfen des Prüflings ausgelegt ist.

Zunächst wird der Prüfling an dem Prüfstand in Schritt 103 einem mechanischen Belastungstest unterzogen. Die Testbedingungen sind vordefiniert und der Prüfstand ist entsprechend eingestellt. Bei dem mechanischen Belastungstest wird der Prüfling mit einer Teillast beaufschlagt. Die Teillast ist kleiner als die Volllast des Prüflings. Die Teillast ist entweder kleiner oder gleich der maximal durch den Prüfstand aufbringbaren Last. Vorliegend ist die bei dem Test auf den Prüfling aufgebrachte Teillast beispielsweise 80% der Volllast des Prüflings und entspricht damit der maximalen durch den Prüfstand aufbringbaren Last. Der mechanische Belastungstest hat Ergebnisse 104. Die Ergebnisse 104 werden zur Validierung des Simulationsmodells 105 genutzt, sodass ein validiertes Simulationsmodel 106 generiert wird. Mit dem validierten Simulationsmodel 106 wird eine Belastung des Prüflings unter Volllast simuliert, woraus sich Simulationsergebnisse 107 einer Volllastbelastung des Prüflings ergeben. Der mechanische Belastungstest gemäß Schritt 103 kann optional für weitere Teillasten des Prüflings wiederholt werden, sodass für diese Teillasten ebenfalls Ergebnisse 104 generiert werden. Das Simulationsmodell 105 kann mit den Ergebnissen dieser weiteren Tests validiert werden, was eine Genauigkeit des validierten Simulationsmodells 106 erhöht. Dies führt zu optimierten Volllastsimulationsergebnissen 107. Mit dem validierten Simulationsmodell können Simulationen über den gesamten spezifizierten Belastungs- bzw. Betriebsbereich durchgeführt werden. Auf diese Weise können die realen Messergebnisse der Prüfkampagne im Lastbereich unterhalb der Nennbelastungen zweifach verwendet werden: zum einen zur Validierung eines oder mehrerer realistischer Simulationsmodelle und zum anderen als Messergebnisse für alle (relevanten) Prüfungen unterhalb der Nennbelastungen. Alle weiteren Prüfergebnisse (Vollastverhalten und bereichsübergreifendes, sog. Großsignalverhalten) oberhalb der durch die Prüfeinrichtung einleitbaren Belastungen können mit den validierten Simulationsmodellen ermittelt werden. Die Ergebnisse des bzw. der mechanischen Belastungstests 104 sowie die Ergebnisse der Vollastsimulation 107 können also zu Ergebnissen 108 über den gesamten Lastbereich zusammengeführt werden.

Figur 2 zeigt ein Diagramm 200, das die jeweiligen Anteile von Messergebnissen aus physikalischen Tests 201 und Simulationsergebnissen 202 für das Prüfverfahren gemäß Figur 1 über die Last darstellt. Der Bereich 203 steht für denjenigen Lastbereich, der durch den Prüfstand auf den Prüfling aufbringbar ist. Die Last 204 ist also die maximal durch den Prüfstand aufbringbare Last. Die Last 205 entspricht der Volllast des Prüflings. Durch Kombination der Ergebnisse der physikalischen Tests 201 und Simulationen 202 kann der gesamte Lastbereich 206 getestet werden. Zusätzlich können die Simulationen auf den Teillastbereich zurück ausgedehnt werden, um bereichsübergreifende dynamische Testszenarien z.B. vom Leerlauf in den Voll- oder Überlastbereich zu untersuchen. Während bei konventionellen Volllasttests ein Prüfstand eine Kapazität bis zur Volllast 205 aufweisen muss, kann im gezeigten Verfahren die erforderliche Prüfstandskapazität 203 im Vergleich zum konventionellen Volllasttest deutlich reduziert werden. Prüfungen können daher auf kleinere, kosteneffizient zu betreibende Prüfstände verlagert werden (welche prinzipbedingt auch mit höheren Genauigkeit arbeiten können); oder aktuell nicht in Volllast prüfbare Systeme können auf bestehenden Prüfständen geprüft werden, obwohl ihre Lastanforderungen die Prüfstandskapazität ggfs. überschreiten. Mithilfe des Verfahrens gemäß Figur 1 ist es also möglich, äquivalente Ergebnisse zum Volllasttest zu erzielen, ohne auf einen Prüfstand mit maximaler Lasteinleitungskapazität angewiesen zu sein.

Figur 3 zeigt ein Prozessschaubild 300 illustrierend ein Beispiel eines hybriden Prüfverfahren zum Ermitteln eines Verhaltens eines Prüflings unter vordefinierten Belastungen. Das Prozessschaubild 300 zeigt ein Prüfverfahren eines Antriebstrangs einer Windenergieanlage. Insbesondere werden Lasten, Verformungen und Schwingungen bzw. Vibrationen des Systems untersucht.

Ein Simulationsmodell 302 eines Prüfstandes mit einem virtuellen Prüfling, vorliegend mit einem Simulationsmodell eines Antriebsstrangs einer Windenergieanlage, wird bereitgestellt. In das Simulationsmodell 302 werden Informationen 301 eingespeist. Die Informationen können beispielsweise vorgegebene Belastungen umfassen, beispielsweise statische Lasten und/oder Drehmomente. Die Belastungen können beispielsweise Teillasten im Bereich von 50 - 60% der Volllast 308 sein. Im Simulationsmodell kann durch Simulation das Verhalten des Antriebstrangs unter den vorgegebenen Belastungen untersucht werden. Die Simulation liefert Ergebnisse 303 als Output. Die Ergebnisse 303 der Simulation können beispielsweise Informationen zu Lasten und/oder Durchbiegung und/oder Verformungen und/oder Spannungen und/oder Vibrationen des Prüflings sein oder umfassen. Insbesondere kann das Verhalten des Prüflings, hier des Antriebstrangs, unter Teillast simuliert werden. Die Ergebnisse den virtuellen Prüfling betreffend können auf den realen Prüfling angewendet werden.

Ferner wird ein Prüfstand 304 bereitgestellt, in den ein realer Prüfling, hier der Antriebstrang der Windenergieanlage, zum Prüfen integriert ist. Der Prüfling wird auf dem Prüfstand getestet, wobei der Prüfling denselben Belastungen ausgesetzt wird, wie der virtuelle Prüfling bei der Simulation. Der Test liefert Ergebnisse 310 als Output. Die Ergebnisse 310 des Tests können beispielsweise Informationen zu Lasten und/oder Durchbiegung und/oder Verformun- gen und/oder Spannungen und/oder Vibrationen des Prüflings sein oder umfassen. In einem Schritt 305 werden die Ergebnisse 310 des Tests mit den Ergebnissen 303 der Simulation verglichen. Entsprechen die Ergebnisse 310 des Tests den Ergebnissen 303 der Simulation oder ist eine Abweichung kleiner o- der gleich 5%, wird eine weitere Simulation 306 durchgeführt. Weichen die Ergebnisse 310 des Tests von den Ergebnissen 303 der Simulation um mehr als 5% voneinander ab, so wird das Simulationsmodell, insbesondere basierend auf Informationen aus dem Test, angepasst, wie durch den Pfeil 307 symbolisiert wird. Für die Simulation 306 wird das ggf. angepasste Simulationsmodell 302 verwendet. Die Simulation wird unter Vollastbedingungen 308 durchgeführt und liefert als Ergebnis 309 Informationen zum Verhalten des Prüflings, hier des Antriebstrangs der Windenergieanlage, unter Volllastbedingungen. Mithilfe des Verfahrens gemäß Figur 3 ist es also möglich, äquivalente Ergebnisse zum Volllasttest zu erzielen, ohne auf einen Prüfstand mit maximaler Lasteinleitungskapazität angewiesen zu sein. Selbstverständlich können auch andere Toleranzen für Abweichungen vorgesehen sein, beispielsweise 0,1% o- der 1% oder 2% oder 10% oder 15% oder 20%.

Die Qualität der Ergebnisse durch die simulierten Tests kann im Wesentlichen von der Güte (Genauigkeit) der zuvor validierten Prüflingsmodelle bestimmt werden. Im einfachsten Fall kann der Prüfling durchgängig ein lineares Betriebs- und Systemverhalten aufweisen. In diesem quasi „trivialen" Fall kann mit den durch Teillasttest identifizierten und validierten Prüflingsmodellen ohne weitere Schritte das Verhalten des Prüflings im Volllastbereich simuliert werden. Die zu prüfenden Systeme können jedoch Nichtlinearitäten aufweisen. Für das obige Verfahren kann ein Verhältnis zwischen Prüflingsbelastung und Prüfstandslastkapazität insbesondere zwischen 1,001-100, insbesondere 1,3-3, insbesondere 1,5-3 zugrunde gelegt werden. Dies kann den Vorteil haben, dass Nichtlinearitäten des Prüflings bereits im Teillastbereich während der physikalischen Prüfstandversuche messtechnisch vergleichsweise gut erfasst werden können. Die Qualität der aus den Prüfstandversuchen abgeleiteten nichtlinearen Prüflingsmodelle kann im Wesentlichen durch die Art des Modells, die Identifikation der Nichtlinearitäten und deren parameterabhängige (betriebszustands-, belastungsabhängige-) Extrapolation in den Vollastbereich hinein bestimmt werden. Für die Identifikation von nichtlinearem Systemverhalten können bereits bewährte Verfahren für die parametrische und nicht-parametrische Identifikation von Systemverh alten verwendet werden. Z.B. können Neuronale Netze, allgemeine Methoden des „machine learning" oder Methoden der Regression sowie Optimierung verwendet werden. Bei einer möglichen Beschreibung der Nichtlinearitäten durch multilineare Polynome können vorteilhaft Optimierungstechniken in Verbindung mit Tensorrechnung eingesetzt werden.

Figur 4 veranschaulicht in einem Prozessschaubild 400 ein hybrides Prüfverfahren zur Messung einer Verformung eines Prüflings, vorliegend eines Maschinenträgers eines Antriebsstrangs von Windenergieanlagen (WEA) unter verschiedenartigen kombinierten Belastungen.

Mithilfe des Verfahrens soll die Verformung des Maschinenträgers an der Abstützung des Getriebes untersucht werden, bspw. damit Azimut-Lager und - Antrieb durch einen deformierten Maschinenträger nicht unzulässig belastet werden. Als zu untersuchende Lastfälle wurden im Vorfeld kombinierte Lasten aus Rotor-Drehmomenten sowie Biege- und Querkräften bestimmt.

Ein Simulationsmodell 402 des Prüfstands mit Prüfling wird bereitgestellt. Das Simulationsmodell kann beispielsweise bereits vorliegen und im Rahmen der Auslegung/Entwicklung des Triebstrangs erstellt worden sein. Insbesondere kann das Simulationsmodell ein FE-Simulationsmodell sein. In diesem Simulationsmodell 402 können bereits FE-Simulationen der Verformung des Maschinenträgers durchgeführt worden sein. Die Simulationen können beispielsweise nicht validiert vorliegen. Aufgrund zahlreicher angenommener Modellund Materialparameter können die Ergebnisse daher mit einer gewissen Unsicherheit versehen sein. Daher soll ein Test unter Volllast die Auslegungsannahmen bestätigen/validieren.

Dafür könnte ein Full-Size-Test auf einem Prüfstand für WEA-Triebstränge durchgeführt werden, bei welchem die als kritisch angesehenen Lasten in der vorgesehenen Größe eingeleitet werden. Prüfstände mit der erforderlichen Lasteinleitungskapazität sind jedoch rar und teuer. Mittels des Verfahrens in Figur 4 kann der Test auch auf einem Prüfstand 404 durchgeführt werden, welcher die vorgesehenen Lasten nicht vollständig erreichen kann, vorliegend beispielsweise nur zu ca. 50-70% der Ziellast.

Der Prüfling wird in realer Baugröße auf dem „unterdimensionierten" Prüfstand 404 getestet, wobei die Lasten 401 aufgrund der Prüfstandslimitierung nicht vollständig den Ziellasten entsprechen, sondern entsprechend der Prüfstandskapazität herunterskaliert sind. Der Prüfling weist beispielsweise ein Volllastdrehmoment von 12MNm auf. Der Test auf dem Prüfstand 404 wird jedoch bei einer Teillast durchgeführt, nämlich einem Drehmoment von 8MNm. Der Prüfling weist beispielsweise ein Volllastbiegemoment von 24MNm auf. Der Test auf dem Prüfstand 404 wird jedoch bei einer Teillast durchgeführt, nämlich einem Biegemoment von 16MNm. In anderen Beispielen können die real eingeleiteten Lasten die Maximallasten des Prüfstands sein, es ist nicht zwingend eine proportionale Skalierung der Ziellasten erforderlich.

Aus den durchgeführten physikalischen Tests ergeben sich erste Messergebnisse 410 für die gewünschte Zielgröße „Verformung des Maschinenträgers (bspw. in x- und y-Richtung)", welche im Beispiel als Zeitreihen eines Distanzsensors (bspw. Laser-Distanzmessung) vorliegen können. Einzelne Ziellasten unterhalb der Prüfstandskapazität können damit schon angefahren worden sein, insgesamt sind jedoch die gewünschten Ergebnisse unter der Zielbelastung aus den physikalischen Tests nicht ermittelbar.

Basierend auf diesen Messergebnissen 410 der physikalischen Tests bei Teillast wird nun ein neues Simulationsmodell 406 erstellt und parametriert, welches genau die physikalischen Testergebnisse der relevanten Sensoren reproduzieren kann. Dafür kann auch das bereits für die Auslegung entwickelte Modell 402 verwendet und mit entsprechenden Parameter-Korrekturen gefit- tet/angepasst werden. In dem bekannten Simulationsmodell 402 werden dieselben Teillasten 401 eingestellt, die in dem Test auf dem Prüfstand 404 getestet wurden (vorliegend als ein Biegemoment von 16MNm und ein Drehmoment von 8MNm). Die Ergebnisse 403 der Simulation mit dem Simulationsmodell 402 werden mit den Ergebnissen aus dem Test auf dem Prüfstand 404 in Schritt 405 validiert. Das Simulationsmodell wird (symbolisiert durch den Pfeil 407) so lange angepasst, bis die Ergebnisse des angepassten Simulationsmodells 402 im Wesentlichen mit den Testergebnissen übereinstimmen. Das final angepasste Simulationsmodell entspricht dann dem validierten Simulationsmodell 406. Wo erforderlich, bspw. aufgrund von Kopplungseffekten, kann auch der Prüfstand im Simulationsmodell abgebildet werden. Das validierte Simulationsmodell 406 ist in der Lage, die Messgröße von Interesse (Verformung des Maschinenträgers) mit einer deutlich größeren Genauigkeit als ein nicht validiertes bzw. nicht an Prüfergebnisse angepasstes Simulationsmodell auszugeben. Bis zur Höhe der im physikalischen Test eingeleiteten Lasten liefert das Simulationsmodell also genaue Ergebnisse, da es für diese Messergebnisse optimiert wurde. Mit diesem Teillast-validierten Simulationsmodell werden nun Simulationen unter den gewünschten Ziellasten 408 durchgeführt, welche im physikalischen Test nicht angefahren werden konnten. Es werden also virtuelle Tests bei Volllast durchgeführt. Aus diesen Simulationen können mit hoher Genauigkeit die zu erwartenden Verformungen 409 des Maschinenträgers bei Volllast und/oder Überlast bestimmt werden. Zusätzliche physikalische Tests bei den realen Ziellasten werden damit ersetzt. In Kombination bieten die Messergebnisse aus den physikalischen Tests bei Teillast sowie die virtuellen Testergebnisse aus den Simulationen mit dem Teillast-validierten Simulationsmodell einen vergleichbaren Informationsgehalt wie ein physikalischer Test, welcher mit den Ziellasten durchgeführt worden wäre.

Figur 5 veranschaulicht in einem Prozessschaubild 500 ein hybrides Prüfverfahren zur Prüfung einer Kraftfahrzeugkardanwelle. Das Verfahren entspricht im Wesentlichen den in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Verfahren. 504 ist ein Prüfstand für die Untersuchung von Kraftfahrzeuggelenkwellen. Der Prüfstand kann Geschwindigkeit, Drehmoment, Federweg und Lenkbewegung gemäß den Belastungsprofilen auf den Prüfling einleiten. Parameter wie Drehzahl, Drehmoment, Federweg, Beugewinkel oder Gelenktemperatur werden gemessen bzw. geregelt. Die Prüfkapazität ist durch das maximale Drehmoment und den Bereich der Federbewegung (Federweg, Geschwindigkeit, Beschleunigung) begrenzt, die der Prüfstand aufbringen kann. Der Prüfling, d.h. die Kraftfahrzeugkardanwelle, wird innerhalb der Kapazität des Prüfstandes 504 geprüft bei Teillast 501. Die Teillast 501 liegt insbesondere in einem Bereich von 50-60% der Volllast 508. Dies ist im Allgemeinen nur ein Teil des Prüfbereichs in Bezug auf die gewünschten Prüfanforderungen. Ein virtuelles Modell 502 des Prüfstands mit Prüfling liegt vor. Mit dem virtuellen Modell 502 wird der Test virtuell unter Teillastbedingungen 501 durchgeführt. Dabei werden Ergebnisse 503 generiert. Die Prüfergebnisse 510 des Tests auf dem Prüfstand 504 (z. B. die gemessene Axialkraft und das Torsionsspiel) werden zur Validierung (symbolisiert durch den Pfeil 507) des virtuellen Modells 502 des Prüflings (und ggf. des Prüfstands) unter denselben Teilbelastungen in Schritt 505 verwendet, sodass ein validiertes virtuelles Modell 506 generiert wird. Mit Hilfe des validierten virtuellen Modells 506 können die verbleibenden Volllasten 508 simuliert und Ergebnisse 509 bei Volllast ermittelt werden Vorliegend können die Ergebnisse 509 beispielsweise als eine den Volllasten entsprechende Axialkraft und als Torsionsspielreaktion vorliegen.

Figur 6 veranschaulicht in einem Prozessschaubild 600 ein hybrides Prüfverfahren zur Prüfung einer Verzahnungsverformung und Planetenträgerverschiebung eines Getriebes für Windenergieanlagen. Das Verfahren entspricht im Wesentlichen den in den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Verfahren. 604 ist ein Getriebeprüfstand. Getriebeprüfstände sind ein wichtiger und zertifizierungsrelevanter Bestandteil des Entwicklungsprozesses von Windenergieanlagen, die über ein Getriebe verfügen. Der Getriebeprüfstand 604 kann beispielsweise Drehmoment- und/oder Biege- und/oder Schub- und/oder Scherlasten aufbringen. Vorliegend kann beispielsweise die Verformung der Verzahnung und die Verschiebung des sogenannten Planetenträgers untersucht werden. Der Prüfstand 604 weist spezifische Grenzen für die Höhe der maximal aufbringbaren Belastungen auf. Mit der hier vorgestellten hybriden Prüfmethode kann die Reaktion des Getriebes auf Belastungen, die über dieser Belastungskapazität des Prüfstands hinausgehen, basierend auf dem Teillast-vali- dierten virtuellen Modell 606 mit gegenüber einem nicht validierten Modell 602 deutlich verbesserter Güte bestimmt werden. Zunächst wird das Getriebe mit Teillasten 601 bspw. mit Drehmoment und/oder Biegebelastungen im Rahmen der Kapazität des Prüfstandes 604 geprüft. Dabei werden Testergebnisse 610 generiert. Diese Lasten 601 liegen möglicherweise nur in einem Teilbereich der Prüfung, der den gewünschten Prüfanforderungen entspricht. Bei diesen Teillastprüfungen werden die Verformung der Verzahnung und die daraus resultierende Verschiebung der Planetenträger gemessen. Für dieselben Teillasten werden Ergebnisse 603 mit einem virtuellen Modell 602 ermittelt. Die gemessenen Prüfergebnisse 610 werden zur Validierung 607 des virtuellen Modells 602 des zu prüfenden Getriebes (und des Prüfstands, falls erforderlich) für dieselben Teillasten verwendet, sodass ein validiertes Modell 606 generiert wird. Mit Hilfe des validierten virtuellen Modells 606 können die ver- bleibenden Volllasten 608 simuliert und Ergebnisse 609 in Form von Verformung der Verzahnung und die Verschiebung des Planetenträgers entsprechend den Volllasten ermittelt werden.

Die Teillast 601 kann beispielsweise 50-60% der Volllast 608 sein.