Prüfstands-Sensorvorrichtung, sowie Prüfstand, vorzugsweise für Kraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Prüfstands-Sensorvorrichtung, umfassend einen Sensor zur Erfassung von Daten des Prüflings und/oder der Umgebung, sowie einen Prüfstand, vorzugsweise für Kraftmaschinen, umfassend zumindest eine Prüfzelle mit zumindest einem Sensor zur Erfassung von Daten des Prüflings und/oder der Umgebung, sowie zumindest eine Auswerte- und/oder Speichereinheit für die Daten, und allenfalls zumindest einen Rüstraum zur Vorbereitung des Prüflings und/oder des zumindest einen Sensors.

Prüfstandsanordnungen der genannten Art sind bekannt und in unterschiedlichsten Ausbaustufen für verschiedenste Aufgaben der Messtechnik an Fahrzeugen in Verwendung. Schon bei einfachsten Prüfständen, bei welchen das zu prüfende Fahrzeug mit seinen Antriebsrädern auf eine Einzel- oder Doppelrolle eines Rollenprüfstandes gestellt und mittels einer geeigneten Feststelleinrichtung relativ zum Rollenprüfstand fixiert wird, kommt eine komplexe Anordnung von Sensorik und Aktorik zum Einsatz. So müssen beispielsweise Daten der angetriebenen bzw. gebremsten Prüfstandsrollen - heutzutage zumeist mittels elektrischer Antriebs- bzw. Belastungsmaschine gesteuert bremsbar bzw. auch antreibbar - übertragen werden, es müssen aber auch Steuersignale an die Antriebe dieser Rollen übermittelt werden.

Insbesonders im Entwicklungsbereich, speziell der Motorenentwicklung, sowie zum Teil auch im Bereich der Endkontrolle der Fahrzeughersteller sind Prüfstandsanordnungen in noch viel weiter ausgebauten Stufen in Verwendung. Dabei sind eine Vielzahl von Mess- und Versorgungsaggregaten für den Prüfling vorgesehen, wie beispielsweise Messgeräte für den Kraftstoffverbrauch, Abgasmessgeräte, akustische Messgeräte, Temperaturüberwachungsgeräte für Kühl- und Schmiermedien und dgl., sowie andererseits zusätzliche Anordnungen zur Kühlluft- bzw. Kühlwasserkonditionierung, zur separaten Kühlung und Aufbereitung von Schmiermedien, bzw. diverse Einrichtungen zur zentralen Messdatenerfassung und Auswertung sowie zur Steuerung der Prüfabläufe und ähnliches. All das macht moderne Prüfstandsanordnungen der eingangs genannten Art sehr kompliziert im Aufbau, mit hohem Aufwand speziell für die optimale Verlegung der Mess- und Steuerleitungen, aber auch der Energieversorgung aller Sensor- und Aktoranordnungen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher eine Sensorvorrichtung für derartige Prüfstände, welche einen einfacheren und unkomplizierteren Aufbau des Prüfstandes ermöglicht. Dabei dürfen aber Anforderungen wie Betriebsicherheit, Ausfallsicherheit und Funktionssicherheit nicht außer Acht gelassen werden. Auch die einfache Wartung soll gewährleistet sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Sensorvorrichtung eine Energieversorgungseinheit zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in e- lektrische Energie sowie eine Einheit zur drahtlosen übertragung der Sensordaten sowie eines für den Sensor charakteristischen Codes aufweist. Damit können die physischen Leitungen für Daten und Energieversorgung wegfallen, was den Aufbau des Prüfstandes wesentlich vereinfacht, wobei die einzelnen Komponenten einfacher zugänglich sind. Auch sind dadurch Fehler in der Zusammenschaltung von Datenverbindungen weitgehend reduziert. Diese Technik erlaubt eine nahezu ideale galvanische Entkopplung.

Um die Sensorvorrichtung möglichst lange autark und ohne großen Wartungsaufwand betreiben zu können, ist sie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungseinheit photovoltaische Zellen aufweist. Da bei den meisten Prüfstandsanordnungen ohnedies eine große Anzahl von Lichtquellen vorhanden ist, kann damit ohne wesentlichen Mehraufwand der vereinfachte Aufbau des Prüfstandes erzielt werden.

Andererseits könnte, wieder unter Vermeidung von physischen Leitungen für die E- nergieversorgung der Sensorvorrichtung auch alternativ vorgesehen sein, daß die Energieversorgungseinheit zumindest eine Spule zur Umwandlung elektromagnetischer Felder in Elektrizität aufweist. Damit kann auch bei Fehlen von Lichtquellen oder deren absichtlicher Vermeidung die drahtlose Energieversorgung der Sensorvorrichtung sichergestellt werden.

Vorteilhafterweise ist in allen Fällen der drahtlos mit Energie versorgten Sensorvorrichtungen vorgesehen, daß die Energieversorgungseinheit eine Puffereinrichtung aufweist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Puffereinrichtung einen Kondensator.

Eine andere Ausführungsform sieht dagegen vor, daß die Puffereinrichtung einen Akkumulator umfasst.

Um Funktionsstörungen bzw. Totalausfälle möglichst zu vermeiden, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine Sendeeinrichtung für den Ladezustandsmeldungen der Pufferein richtung vorgesehen. Damit kann für bessere Beleuchtung des Sensors, für Austausch der Energiequelle oder aber für Ersatz der Sensorvorrichtung selbst gesorgt werden, bevor der Prüflauf durch Ausfall der Sensorvorrichtung unbrauchbar wird oder abgebrochen werden muß.

Vorteilhafterweise kann die Sensorvorrichtung auch zusätzlich noch dadurch gekennzeichnet sein, daß eine Empfangseinheit zum Empfang drahtlos übermittelter Steuersignale vorgesehen ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch einen Prüfstand wie eingangs beschrieben gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Sensor gemäß einem der vorhergehenden Absätze gestaltet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Einrichtungen zur im wesentlichen kontinuierlichen Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung für die Sensorvorrichtungen in zumindest einer der Prüfzellen vorgesehen. Damit ist in der Prüfzelle der einfache und unkomplizierte Aufbau gewährleistet. Durch Vermeidung von physischen Leitungen sind auch die Betriebsicherheit, Ausfallsicherheit und Funktionssicherheit gegeben, da Fehler in der Zusammenschaltung beispielsweise von Datenverbindungen weitgehend reduziert sind. Auch die Gefahr von Verletzungen oder Beschädigung von Sensoren, Kabeln, usw. ist durch den übersichtlichen Aufbau minimiert.

Vorteilhafterweise sind unter Ausweitung dieser genannten Vorteile bereits auf die Vorbereitung des Testlaufes und die überprüfung des korrekten Aufbaus die Einrichtungen zur im wesentlichen kontinuierlichen Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung für die Sensorvorrichtungen in zumindest einem Rüstraum vorgesehen.

Falls nicht ohnedies zum Ausleuchten des Prüfstandes bzw. Rüstraumes vorhandene Einrichtungen genutzt werden können, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß Beleuchtungseinrichtungen für die photovoltaischen Zellen der Energieversorgungseinheiten der Sensorvorrichtungen vorgesehen sind.

Um ohne Beleuchtungseinrichtungen auskommen zu können und dennoch die Energieversorgung entsprechender Sensorvorrichtungen zu ermöglichen, sieht eine alternative Ausführungsform der Erfindung vor, daß Einrichtungen zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern vorgesehen sind.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Feld- bzw. Leuchtstärke der Beleuchtungseinrichtungen bzw. Einrichtungen zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern einstellbar ist, vorzugsweise über eine abhängig von den Ladezustandsmeldungen der Sensorvorrichtungen arbeitende Steuerschaltung. Damit kann die dauernde Beleuchtung bzw. Bestrahlung vermieden und Energie gespart werden. Vorzugsweise wird die Leuchtstärke bzw. auch die Feldstärke der elektromagnetischen Felder nach den Leistungsbedürfnissen der am schwächsten beleuchteten bzw. versorgten Sensorvorrichtung gesteuert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Prüfstand dadurch gekennzeichnet, daß eine Sendeeinheit für Steuersignale für die Sensoreinrichtungen vorgesehen ist, vorzugsweise in die Auswerte- und/oder Speichereinheit integriert oder damit verbunden. Mit dieser Art bidirektionalem Datentransfer lässt sich auch die Synchronisierung der Sensorvorrichtungen erreichen.

Wenn weiters in der Auswerte- und Speichereinheit eine Abfrageroutine implementiert ist, welche die Sensorvorrichtungen überwacht und unzureichenden Ladezustand und/oder Ausfall registriert bzw. signalisiert, können fehlerhafte Prüfläufe frühzeitig abgebrochen bzw. entsprechende Maßnahmen ergriffen werden oder kann zumindest im Nachhinein eine Fehleridentifizierung erfolgen bzw. erleichtert werden.

Um den Aufbau des Prüfstandes einfacher zu machen und Fehler in den Datenverbindungen zu vermeiden, ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte- und Speichereinheit eine Routine implementiert ist, welche die Sensorvorrichtungen identifiziert und bestimmten Messkanälen zuordnet.

Wenn schon im Rüstraum eine Sendeeinheit für Steuersignale für die Sensoreinrichtungen und eine Auswerteeinheit vorgesehen sind, wobei eine Abfrageroutine implementiert ist, welche die Sensorvorrichtungen überwacht und unzureichenden Ladezustand und/oder Ausfall registriert bzw. signalisiert, kann bereits vor dem eigentlichen Testlauf eine Funktionskontrolle der Sensorik durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise ist zur vollständigen Vorbereitung des eigentlichen Testlaufes vorgesehen, in der Sendeeinheit bzw. der Auswerteeinheit im Rüstraum eine Routine implementiert ist, welche die Sensorvorrichtungen identifiziert und bestimmten Messkanälen der Auswerte- und Speichereinheit des Prüfstandes zuordnet. Damit kann der Aufbau des Prüflings und der Sensorik bereits im Vorfeld des Prüflaufes vollständig vorbereitet werden, so daß die eigentliche Prüfzelle optimal genutzt werden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, das auch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigt die Abbildung ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgestatteten Prüfstandes.

Ein erfindungsgemäß gestalteter Prüfstand könnte etwa in Form einer Prüfstandspa- lette 1 vorliegen, auf welcher vorzugsweise in einem Rüstraum ein Verbrennungsmotor als Prüfling aufgespannt ist. Zur Erfassung von Daten dieses Motors, aber auch von dessen Betriebsmitteln und/oder der Umgebung sind dann in der eigentlichen Prüfzelle mehrere, hier beispielsweise drei Sensorvorrichtungen 2, 4 vorgesehen. Die Sensorvorrichtungen 2, 4 können auch bereits im Rüstraum aufgebaut und mit dem Prüfling verbunden werden. Als Teil der Prüfstandspalette 1, allenfalls auch getrennt davon und mittels geeigneter Datenübertragungseinrichtungen gekoppelt, ist eine Auswerte- und/oder Speichereinheit für die Daten der Sensorvorrichtungen vorgesehen, die Teil einer Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 sein kann.

Die Prüfstands-Sensorvorrichtung 2 umfaßt erfindungsgemäß neben der eigentlichen Sensorik 2 zusätzlich eine Einheit 4 zur drahtlosen übertragung sowohl eines Identifizie-

rungscodes für den jeweiligen Sensor sowie der Sensordaten. Diese Sensor-Identifikation könnte allenfalls auch aus Frequenz oder anderen Eigenschaften der Daten bzw. Datenpakete selbst ermittelt oder definiert werden. Damit kann ohne physische Verkabelung eine Verbindung der Sensorvorrichtungen 2, 4 mit einer Auswerte- und/oder Speichereinheit der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 hergestellt werden, wobei zu Beginn die Zuordnung zwischen Sensoren 2, 4 und Messkanälen in der Auswerte- und/oder Speichereinheit der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 definiert wird. Diese Vorbereitung kann bereits im Rüstraum erfolgen, bevor noch die Prüfstandspalette 1 in die eigentliche Prüfzelle verbracht wird. Um die Auswerte- und/oder Speichereinheit der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 nicht zu überlasten, kann dabei auch eine separate Auswerte- und/oder Speichereinheit im Rüstraum vorgesehen sein, mit Hilfe derer die Inbetriebnahme und beschriebene Vorprogrammierung durchgeführt und anschließend auf die Einheit der Prüfzelle übertragen wird.

Die Sensorvorrichtungen 2, 4 sind für einen einfacheren, übersichtlicheren Aufbau am Prüfstand nicht nur mit kabelloser Datenübertragung versehen, sondern auch mit einer drahtlosen Energieversorgung über künstliche elektromagnetische Strahlung, mit welcher die Sensorvorrichtungen 2, 4 im wesentlichen kontinuierlich versorgt werden und welche dort in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Energieversorgung kann dabei vorteilhafterweise über Solarzellen der Sensorvorrichtungen 2, 4 erfolgen, könnte aber auch über zumindest eine Spule zur Umwandlung elektromagnetischer Felder, vorzugsweise im kHz-Bereich, erfolgen. Die Einrichtungen 5 zur im wesentlichen kontinuierlichen Erzeugung der von den Sensorvorrichtungen 2, 4 benötigten elektromagnetischen Strahlung müssen in zumindest einer der Prüfzellen des Prüfstandes vorgesehen sein, sind vorteilhafterweise aber bereits in zumindest einem Rüstraum vorgesehen, damit die Vorbereitung, der Aufbau und die Funktionskontrolle der Sensorik bereits dort komplett durchgeführt werden kann und nicht die eigentliche Prüfzelle unnötig blockiert.

Um kurzfristige Unterbrechungen der Beleuchtung bzw. Energieversorgung über e- lektromagnetische Felder abfangen zu können, weist die Energieversorgungseinheit 4 eine Puffereinrichtung auf, beispielsweise einen Kondensator und/oder einen Akkumulator.

Bei wesentlich vereinfachter Verkabelung am Prüfstand 1 werden die Sensorsignale der Sensorik 2 zumindest während des eigentlichen Prüflaufes bereits in der Nähe der Sensoren dezentral digitalisert und über die Einheit 4 per Funkübertragung zu einem mit der Auswerte- und/oder Speichereinheit der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 verbundenen Empfänger 6 übertragen. Die übertragungsfrequenz liegt vorzugweise im GHz-Bereich und benötigt daher nur kurze Antennen. Die erforderliche übertragungsenergie liegt bei 100 μWs pro übertragungsvorgang und die Erfassungsraten bei 10 Hz pro Sensor.

In der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3 kann nicht nur ein Empfänger 6 für die Datensignale der Sensoren 2 vorgesehen sein, sondern vorteilhafterweise auch eine Sendeeinheit für Steuersignale für die Sensoreinrichtungen 2, 4 vorhanden sein, etwa in Form einer kombinierten Empfänger-Sender-Einheit 6. Der Funkempfänger/Sender 6 sendet Synchronisiertelegramme und Parameter zu den Funkmodulen der Sensorvorrichtungen 2, 4 und empfängt von dort die Messdaten und Nachricht über den Leistungsbedarf. Die Prüfstandsautomatisierung 3 stellt die Parameter und die Synchronisation zur Verfügung.

In dieser Empfänger-Sender-Einheit 6 und/oder in der Auswerte- und Speichereinheit 3 ist nun eine Abfrageroutine implementiert, welche die Sensorvorrichtungen 2, 4 überwacht und unzureichenden Ladezustand und/oder Ausfall registriert bzw. signalisiert. Diese überwachung wertet zusätzliche Signale aus, die über die Sendeeinrichtungen 4 übermittelt werden, und die Beleuchtungssituation und/oder Ladezustandsmeldungen des Kondensators bzw. Akkumulators signalisieren. Die Prüfstandsautomatisierung 3 überprüft dazu zyklisch ob alle parametrierten Sensorvorrichtungen 2, 4 Daten senden. Ist dies nicht der Fall oder meldet ein Funkmodul über mehrere Minuten eine negative Leistungsbilanz wird beispielsweise eine Meldung an den Prüfstandsfahrer ausgegeben. Teile dieser Funktionalität, welche für die Inbetriebnahme und Funktionsüberprüfung notwendig sind, können auch im Rüstraum in einer separaten Einheit realisiert sein.

Zur Beleuchtung der Solarzellen der Sensorvorrichtungen 2, 4 sind am Prüfstand 1 Beleuchtungseinrichtungen 5 oder auch Einrichtungen zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern vorgesehen. Dabei kann die Leuchtstärke der Beleuchtungseinrichtungen 5, oder die Feldstärke elektromagnetischer Felder, einstellbar sein, vorzugsweise über eine abhängig von den Ladezustandsmeldungen der Sensoreinrichtungen 2, 4 arbeitende Steuerschaltung in der Prüfstandsautomatisierung und -Steuerung 3.

Patentansprüche: