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Werkstattpraxis - Leistungsermittlung auf dem Leistungsprüfstand

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am Beispiel des AHS-Prüfstands

Für Sportwagenfahrer mit ihren PS-starken Motoren ist es oftmals eine Pflichtaufgabe die Leistung ihres Boliden überprüfen zu lassen. Schließlich will der ambitionierte Fahrer möglichst genau wissen, wie viele Pferdchen er damit auf die Straße bringt.

SKN Nissan

Dieser Allrad Leistungsprüfstand, der von AHS und SKN zusammen entwickelt wurde, hat mit dem Nissan GTR und seinen 357 kW keine Probleme. Seine Eckdaten lauten: bis 1000 PS pro Achse, bis 350 km/h freigegeben sowie mit getrenntem Frisch- und Abluftkammersystem - Bild SKN

Für die Tuningwerkstatt gilt das Ergebnis als Nachweis für den Leistungszuwachs nach erfolgtem Tuning, um dafür ein „Erfolgshonorar“ verlangen zu können. Unabdingbar ist das Durchführen von Fahrzyklen mit Abgas- und Beschleunigungssimulation für die erneute Homologation (s. Info 1). Dies ist notwendig, wenn eine Tuner-Werkstatt tief greifende Änderungen an der Abgasanlage oder anderen Fahrzeugkomponenten durchgeführt hat. Unlängst führte der Autor zusammen mit einigen Studenten der Fachhochschule in Ingolstadt Leistungsmessungen an dem wasserstoffgetriebenen Formula H Renner an der Regens-Wagner-Berufsschule in Schrobenhausen durch. Ziel war es, das Motormanagement zu optimieren. Dazu wurde das Steuergerät nach jedem Prüflauf entsprechend adaptiert. Mit einem Leistungsprüfstand lässt sich auch ermitteln wie schnell ein Auto im höchsten Gang bei maximaler Motordrehzahl wäre.

Formula H

Nur mit Leistungsmessungen am Prüfstand, wie hier beim Wasserstoff Renner Formula H, können Motor-Steuergeräte optimal programmiert werden. - Bild kfztech.de

Für eine Kfz-Werkstatt, die hart kalkulieren muss, ist es unter Umständen eine Überlegung, ob sie sich einen Leistungsprüfstand anschaffen soll. Aber so eine Investition kann durchaus sinnvoll sein. Für Testfahrten, um Kundenbeanstandungen nachzuvollziehen, zur Diagnose oder nach Reparaturen sind immer zwei Mechaniker erforderlich, weil einer allein sich nicht auf das Laufverhalten, Geräusche oder den Tester und gleichzeitig auf den Straßenverkehr konzentrieren kann. Probefahrten kosten Zeit und finden häufig im dichten Straßenverkehr statt, was einen reibungslosen Prüfablauf auch nicht immer gewährleistet. Mit einem Leistungsprüfstand können umfangreiche Testfahrten von öffentlichen Straßen in die Halle verlagert werden. So können Straßenfahrten gefahrlos simuliert oder Fahrzyklen nachgefahren werden. Freilich lassen sich mit einfacheren Testern wie mit einem Druckverlustprüfgerät, die es bei Jago24 gibt, auch Leistungsminderungen feststellen.

Grundsätzliche Funktion des Leistungsprüfstands

Bei einer Prüfung auf einem Leistungsprüfstand wird die Leistung gemessen, welche die Räder übertragen. Die Radleistung wird dabei auf einem Rollenprüfstand ermittelt. Der Antriebsmotor des Fahrzeuges setzt via Antriebsräder den Rollensatz in Bewegung. Mit Hilfe einer angeflanschten Wirbelstrombremse („Der Wirbelstrom“ s.a. tp 1408) kann eine Last für den Verbrennungsmotor aufgebaut werden. Um eine eingestellte Geschwindigkeit bzw. Zugkraft zu halten, ist eine bestimmte Leistung des Fahrzeugmotors notwendig. Da der Prüfstand durch eine elektronische Regelung die eingestellten Parameter konstant hält, kann die benötigte Leistung bei der vorgegebenen Geschwindigkeit direkt als Leistung ausgewiesen werden. Im Prinzip wird also bei verschiedenen Drehzahlen das Drehmoment gemessen und daraus direkt die Leistung berechnet. Damit der Tester Werte erhalten kann ist an der Wirbelstrombremse ein DMS-Kraftaufnehmer montiert, über den direkt die Zugkraft der Antriebsachse gemessen werden kann (s.a. Info 2 DMS). Das Signal gelangt dann verstärkt an den Microcontroller der Prüfstandssteuerung.

Permanent angetriebene Allradler können auf speziellen Prüfständen mit zwei Rollensätzen geprüft werden. Zweiräder benötigen eine spezielle Halterung.

AHS ELP 300

Bei dem hier beschriebenen Leistungsprüfstand handelt es sich um den ELP300 der Fa. AHS Prüftechnik. Es ist ein herkömmlicher 2-Radantrieb-Leistungsprüfstand, wie er auch häufig in einer Kfz-Werkstatt verwendet wird. Die Besonderheit von AHS Prüfständen gegenüber Prüfständen von Mitbewerbern, ist jedoch die „Aktive Verlustleistungsmessung“, auf die später noch eingegangen wird. Die maximale Prüfgeschwindigkeit des Testers liegt bei 250 km/h, bei einer maximal zu messenden Radleistung von 300 kW. Bei einer maximalen Achslast von 4.000 kg und einer Prüfbreite bis 2,20 m ist er auch für leichte Nutzfahrzeuge geeignet.

Möchte man schnellere und leistungsstärkere Supersportler prüfen, so bietet AHS den Dynamik High-Speed an, der für eine maximale Prüfgeschwindigkeit von 350 km/h und für eine maximal prüfbare Radleistung von 700 kW ausgelegt ist. Für Allradfahrzeuge bietet der Delmenhorster Testerhersteller den innovativen „Multifunktion 4x4“ an, bei dem die Antriebsrollen für die Hinterachse nicht mehr verschoben werden müssen. Für die hinteren Räder kommt nämlich ein Rollensatz mit sechs parallelen Rollen zum Einsatz, welche eng hintereinander stehen und über Antriebsketten auf jeder Seite miteinander verbunden sind.

Multifunktions Leistungsprüfstand

Beim Allradleistunsprüfstand „Multifunktion 4x4“ von AHS müssen die Antriebsrollen für die Hinterachse nicht mehr verschoben werden müssen, da für die hinteren Räder nämlich ein Rollensatz mit sechs parallelen Rollen zum Einsatz kommt. - Bild AHS

Vorbereitung des Fahrzeugs

Zunächst muss das zu testende Objekt auf die Prüfung vorbereitet werden. Für die Messung sind hierzu einige Vorbereitungsarbeiten nötig. Vor dem Auffahren auf dem Prüfstand sind die Fahrzeugreifen auf ordnungsgemäßen Zustand zu überprüfen. So dürfen beispielsweise keine Einschnitte und keine Steine im Profil vorhanden sein. Der Reifendruck muss stimmen und die Felgen sollten auf fehlende Auswuchtgewichte hin überprüft werden. So mancher Prüfstandsraum zeigt an den Wänden die schwarzen Spuren von Reifenplatzern.

Laut Prüfstandshersteller AHS sollten auch keine Fahrzeuge mit Winterreifen geprüft werden. Der Wagen muss mit den Antriebsrädern mittig auf die feinstgewuchteten Prüfrollen gefahren werden. Mit Hilfe der pneumatischen Hebeschwelle lässt sich das Fahrzeug sanfter hinein aber auch am Ende wieder leichter herausfahren. Wichtig ist natürlich, dass das Fahrzeug bei abgesenkter Hebeschwelle ausreichend Bodenfreiheit hat. Anschließend wird die Handbremse, solange sie nicht auf die Antriebsachse wirkt, zur Sicherung des Fahrzeuges angezogen.

Bodenfreiheit

Bei diesem Boliden war die Bodenfreiheit kaum noch gewährleistet, nachdem das Fahrzeug in die Prüfrollen eingefahren war. - Bild kfztech.de

Die vorderen Lastrollen sind über eine Kardanwelle miteinander verbunden. Beide können bei der Prüfung mit einer elektrisch steuerbaren luftgekühlten Wirbelstrombremse abgebremst werden. Die hinteren Rollen stützen das Fahrzeug ab. Außerdem wird am hinteren Rollenpaar die Drehzahl und damit auch die Geschwindigkeit gemessen. Die Bremsleistung liegt bei diesem Prüfstand bei 300 kW.

Anschließend wird der Prüfling in beiden Richtungen festgezurrt, um ein mögliches Herausspringen aus dem Rollensatz zu verhindern. Dazu werden stabile Ösen in Aufnahmen am Boden und den Seitenwänden eingeschraubt und mit Zurrgurten gespannt. Heckgetriebene Fahrzeuge verhalten sich während der Prüfung in der Regel relativ unproblematisch. Bei Frontrieblern besteht auf Grund der Lenkung eher die Gefahr, dass das Fahrzeug wandert. Bei frontgetriebenen Fahrzeugen empfehlen Prüfstandshersteller zum Schutz gegen Aufschwingen des Fahrzeuges seitliche Anlaufrollen am Rollensatz angebracht und nach dem Auspendeln des Fahrzeuges auf die Achsbreite mit einem Spiel von ca. 5mm je Seite eingestellt werden. Bei einem Allrad-Prüfstand muss der der zweite Rollensatz normalerweise dem Radstand des Vierradantriebs angepasst werden (Ausnahme s. Bild weiter oben). Zweiräder sind mit einer Motorradhalterung gegen Herausspringen bzw. Umfallen zu sichern.

Verzurren

Das Verzurren des Prüfkandidaten in beiden Richtungen soll ein mögliches Herausspringen aus dem Rollensatz verhindern.- Bild kfztech.de

Sofern vorhanden werden nun noch Sensoren zur Erfassung von Motordrehzahl, Ladedruck, Motoröl- und Abgastemperatur angeschlossen. Das Drehzahlsignal des Motors wird über ein handelsübliches Erfassungsgerät ermittelt. Bei Ausstattung des Prüfstandes mit Drehzahlerfassung ist es möglich über die PC-Anlage eine Drehmomentkurve zu ermitteln. Bei Fahrzeugen mit einem Baujahr spätestens ab 2000 ist die Drehzahlerfassung über die OBD-2-Schnittstelle möglich. Die Drehmomentkurve kann aber auch mit Hilfe eines fahrzeugeigenen Drehzahlmessers und einem extra Menü ermittelt und aufgezeichnet werden. Die Motoröltemperatur muss bei der Messung übrigens zwischen 90°C und 100°C betragen, und das Getriebe muss betriebswarm sein (ca. 80°C).

Vorbereitung des Prüfstands

Ein großes fahrbares Kühlluftgebläse, das über eine Fernbedienung angesteuert werden kann, wird vor dem Fahrzeug positioniert und befördert die Luft während der Prüfung so direkt zu Kühler, Motor und Getriebe. Die Luftdurchströmung der Kühler ist äußerst wichtig. Leistungsprüfstände besitzen den Nachteil, dass der Kühler ja nicht vom Fahrtwind angeströmt wird. Deshalb ist ein Kühlluftgebläse notwendig, dessen Größe und Aufstellung von entscheidender Bedeutung für eine korrekte Leistungsmessung ist. Dies ist für turboaufgeladene Motoren ganz besonders wichtig, weil die Ansaugluft durch die Verdichtung im der Turbolader stark erhitzt wird. Wird der Motor während der Messung zu warm, droht auch das Umspringen des Motormanagements in ein Notlaufprogramm. Große Gebläse wälzen bis zu 120 000 Kubikmeter Luft pro Stunde um, was einer Fahrtgeschwindigkeit von annähernd 180 km/h entspricht.

Kühlluftgebläse

Die Luftdurchströmung von Kühler, Motor und Getriebe ist äußerst wichtig, weil diese ja nicht vom Fahrtwind angeströmt werden. Bild kfztech.de

Für eine einwandfreie Leistungsmessung ist es deshalb ebenfalls erforderlich für ausreichend Frischluft im Prüfraum zu sorgen. Dazu muss auch eine entsprechende Menge von außen angesaugt werden, damit dass das Gebläse nicht nur die vorhandene Raumluft umschichtet.

Ebenso wichtig ist eine hochtemperaturfeste Abgasabsauganlage mit hohem Durchsatz. Die Absauganlage des Prüfstands hat mit der herkömmlichen Absaugung in der Kfz-Werkstatt nichts zu tun. Sie muss entsprechend dimensioniert sein, da bei Volllast sehr viele Abgase entstehen und abgesaugt werden müssen.

Absauganlage

Eine hochtemperaturfeste entsprechend dimensionierte Abgasabsauganlage mit hohem Durchsatz ist unbedingt erforderlich, um die bei Volllast entstehenden Abgase abzusaugen. Bild kfztech.de

Wetterdaten

Aktuelle Wetterdaten sind für eine Leistungsmessung relevant, um die Umrechnung der gemessenen Leistung durch die Elektronik in die Normleistung nach EU Richtlinie 80/1269 zu ermöglichen. Die Normleistung wird mittlerweile für eine Temperatur von 25°C bei einem Luftdruck von 990 hPa und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 0% ermittelt. Mit Hilfe der angeschlossenen Wetterstation können die aktuelle Temperatur und der aktuelle Luftdruck übernommen werden. Die Ansauglufttemperatur hat übrigens einen großen Einfluss auf das Messergebnis. Die Höhe des Prüfstands über dem Meeresspiegel (Normal Null) ist in dem Gerät fest hinterlegt. Es gibt in etwa folgende Erfahrungswerte: Auf je 100 m Höhenzunahme sinkt die Motorleistung um rund 1 % und bei Temperaturerhöhung von 2°C (über der Bezugstemperatur von 20°C) nimmt die Motorleistung ebenfalls um etwa 1 % ab.

Wetterstation

Aktuelle Wetterdaten wie die Temperatur und der Luftdruck sind für eine Leistungsmessung wichtig, um die Umrechnung der gemessenen Leistung durch die Elektronik in die Normleistung nach EU Richtlinie 80/1269 zu ermöglichen. Bild kfztech.de

Bevor es mit der Leistungsrüfung dann endlich losgehen kann, müssen noch einige Prüfdaten und Vorgaben in das Software Programm eingegeben werden.

Dazu mehr im Teil 2 zur Leistungsprüfung auf dem Leistungsprüfstand

 

Info 1 Homologation

Mit Homologation wurde im engeren Sinn die gerichtliche Beglaubigung der Übereinstimmung von Schriftstücken bezeichnet. In Luxemburg wird beispielsweise die Anerkennung ausländischer (insbesondere deutscher) Zeugnisse als „Homologation“ bezeichnet. Der Wortsinn hat sich mittlerweile stark erweitert: inzwischen wird damit eine umfangreiche Zulassungsprozedur bezeichnet, mit der auf der Basis von Zulassungsvorschriften überprüft wird, ob die Leistungsmerkmale von Liefergegenständen so beschaffen sind, dass diese zugelassen werden können und ein Zertifikat der Homologation erhalten können. Beispiel: Voraussetzung für die Lieferung von Einrichtungen für Mobilfunknetze nach China ist eine Homologation dieser Einrichtungen. (s. auch der Begriff Homologierung, der mittlerweile synonym verwendet wird.) Der Begriff der Homologation wird vor allem für die Automobilindustrie zunehmend wichtiger. Für die Zulassungsfähigkeit müssen Fahrzeuge so konfiguriert werden, dass diese den länderspezifischen Gesetzmäßigkeiten entsprechen. Die heutige Herausforderung für die Autoindustrie liegt hauptsächlich in der Erfüllung von zahlreichen Abgas- und Crashvorschriften. Die Vorschriften sind aber weltweit sehr unterschiedlich. Während manche Länder gar keine Vorschriften für Zulassung erheben, sind andere sehr stark (z. B. EU, Japan etc.) reglementiert. Die Richtlinien sind teilweise so komplex und unterschiedlich, dass die technische Umsetzung für die Fahrzeuge umfangreiche und vorausschauende Planungen erfordert. Als Grundlage der heute bekannten Homologation in der Automobilindustrie kann die FZV (Fahrzeug-Zulassungsverordnung, teilweise noch ergänzt durch die StVZO - Straßenverkehrszulassungsordnung), genannt werden. Die meisten Regelungen der Zulassung von Fahrzeugen entstammen diesen Bestimmungen. Heute ist das Europäische Rechtssystem innerhalb der EU für die Typzulassung von Fahrzeugen maßgeblich. Grundlage hierfür ist die Richtlinie 70/156/EWG mit allen Ergänzungsrichtlinien und künftig die Richtlinie 2007/46/EG, durch die die erstgenannte Richtlinie abgelöst wird. Diese sogenannten "Rahmenrichtlinien" verweisen in Hinblick auf technische Anforderungen auf eine Vielzahl von "Einzelrichtlinien", die sich auf Baugruppen eines Fahrzeugs wie Bremse, Beleuchtung, Sitzen, Gurte, Glas um nur einige zu nennen beziehen. Erst wenn die zahlreichen Beschreibungen dieser Systeme und dazu gehörende Tests abgeschlossen und die entsprechenden Teilgenehmigungen vorliegen, kann die Gesamtzulassung (Typgenehmigung) beantragt werden. Die Daten der Gesamtfahrzeuggenehmigung erzeugt den Datensatz welcher in jedem EU-Mitgliedstaat die Zulassung des Fahrzeuges ermöglicht. Jeder Staat kann zwar immer noch Fahrzeuge alleine nach nationalem Recht zulassen, was aber keine Garantie für eine Zulassung in einem anderen Staat darstellt. Hingegen ist die Europäische Typzulassung eine Voraussetzung, Fahrzeuge in jedem EU-Mitgliedstaat ohne weitere Prüfungen zum Verkehr zulassen zu können. Der Hersteller kann eine Zulassung in jedem EU-Mitgliedstaat einreichen. Also kann ein deutscher Hersteller seine Produkte auch z. B. in Spanien zulassen und dann ohne neue Zulassung auch in England verkaufen. Im Bereich des Motorsports werden Wettbewerbsfahrzeuge und Rennstrecken von den nationalen und internationalen Sportbehörden erfasst und in einem Homologationsblatt beschrieben. Die Homologation ist in vielen Motorsportkategorien die formelle Voraussetzung, um an Wettbewerben teilnehmen zu können.
(Quelle: Wikipedia)

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Info 2 Dehnungsmessstreifen

Dehnungsmessstreifen (Abk.: DMS, englisch: strain gauge) sind Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden Verformungen. Sie ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden als Dehnungssensoren eingesetzt. Man klebt sie mit Spezialkleber auf Bauteile, die sich unter Belastung minimal verformen. Diese Verformung (Dehnung) führt dann zur Veränderung des Widerstands des DMS.

Dehnungsmessstreifen
Schematischer Aufbau eines Folien-Dehnungsmessstreifens - Zur Verringerung der Querkontraktionsabhängigkeit sind die quer verlaufenden Leiterbahnen deutlich verbreitert. In der Realität sind die Leiterbahnen enger bei einander und es sind auch mehr.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Dehnungsmessstreifen

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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 09.03.2016









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