Flexibler Prüfstand für realitätsnahe Lebensdauer- und Funktionsprüfungen von Getrieben und Elektromotoren (Gear Box)

SPIE AUTOMATION hat einen modularen und skalierbaren Prüfstand zur Lebensdauer- und Funktionsprüfung von Getrieben und Elektromotoren (Gear Box) entwickelt, die in elektrisch verstellbaren Autositzlehnen eingesetzt werden. Die Anlage ermöglicht reproduzierbare Tests unter realitätsnahen mechanischen und klimatischen Bedingungen und bietet eine zukunftssichere Plattform für flexible Prüfanforderungen.

Auf der linken Seite ist ein Messturm mit einem Bildschirm und Tastatur zu erkennen. Im Hintergrund ist eine Industriehalle zu sehen. Auf der rechten Seite ist die Hardware zu sehen.
Abb.: Flexibler Prüfstand © SPIE AUTOMATION

Herausforderung und Zielsetzung

Der Kunde verfolgte das Ziel, seine Getriebe und Elektromotoren unter möglichst realistischen Einsatzbedingungen zu prüfen. Dazu musste der elektrische Ablauf des Vor- und Zurückklappens der Sitzlehne simuliert werden – inklusive dynamischer Lasten, wie sie durch eine sitzende Person entstehen. Gleichzeitig bestand der Anspruch, unterschiedliche Komponenten und Typen variabel testen zu können, ohne für jede Variante neue Prüfaufbauten oder Softwareanpassungen vornehmen zu müssen. Ziel war es daher, eine Prüfstandlösung zu entwickeln, die maximale Flexibilität bietet und reproduzierbare Tests ermöglicht. Sowohl manuelle als auch vollautomatische Testabläufe sollten unterstützt werden. Die Prüfparameter mussten dynamisch anpassbar sein, um auf wechselnde Anforderungen reagieren zu können. Über eine benutzerfreundliche Oberfläche sollte der Anwender individuelle Testzyklen und Fahrprofile frei definieren können – jederzeit und ohne Programmierkenntnisse. Zusätzlich war vorgesehen, mehrere Prüflinge parallel zu testen, wobei jeder Prüfplatz autark arbeitet.

Lösung

Die Umsetzung des Projekts erfolgte durch die Kollegen der SPIE AUTOMATION Niederlassung in Haßfurt. Der Entwicklungsprozess gestaltete sich wie folgt: Zu Beginn wurde das Lastenheft detailliert analysiert, um alle funktionalen und technischen Anforderungen an Mechanik, Elektrik und Software vollständig zu erfassen. Dabei standen insbesondere die geforderten Grenzwerte, Schnittstellen sowie die vorgesehenen Betriebsbedingungen innerhalb der Klimakammer im Fokus. Auf dieser Basis wurde die mechanische Konstruktion des Prüfstands entwickelt und in enger Abstimmung mit dem Kunden finalisiert. Nach Freigabe erfolgte die Übergabe in die Fertigung. Parallel dazu wurden alle elektrischen Komponenten ausgewählt. Zum Einsatz kamen ausschließlich Bauteile, die den hohen Anforderungen an Präzision, Zuverlässigkeit, Temperaturbeständigkeit und Skalierbarkeit gerecht werden. Das vollständige Systemkonzept – bestehend aus Mechanik, Elektrik und Softwarearchitektur – wurde dem Kunden vorgestellt, gemeinsam abgestimmt und freigegeben. Nach Abschluss der mechanischen Fertigung wurde die Elektrokonstruktion umgesetzt, der Schaltschrank aufgebaut und installiert. Die Softwareentwicklung lief parallel zum Aufbau der Anlage. Implementiert wurden Funktionen zur Unterstützung manueller und automatisierter Testabläufe, dynamisch konfigurierbarer Prüfparameter sowie eine intuitive Bedienoberfläche. Diese ermöglicht die flexible Konfiguration individueller Testzyklen und Fahrprofile. Nach der elektrischen Installation erfolgte die erste Inbetriebnahme der Hardware. Anschließend wurde das PC-Programm integriert und die Gesamtanlage vollständig in Betrieb genommen. Sämtliche Funktionen wurden getestet und validiert. Zur Qualitätssicherung wurden mehrtägige Dauerbelastungstests unter realen Umgebungstemperaturen durchgeführt. Die dabei erfassten Messdaten wurden dokumentiert und dem Kunden zur Auswertung bereitgestellt. Nach Abschluss aller technischen und funktionalen Arbeiten wurde die vollständige technische Dokumentation erstellt. Diese umfasste unter anderem Schaltpläne in Eplan, Stücklisten, Softwarebeschreibungen, Bedienungsanleitungen und Sicherheitsbetrachtungen. Im Rahmen der CE-Konformitätserklärung wurden alle relevanten Richtlinien und Normen geprüft, eingehalten und die Anlage entsprechend gekennzeichnet und übergeben.

Während der Umsetzung waren mehrere technische Herausforderungen zu bewältigen. Eine der größten bestand darin, die Prüf- und Messtechnik so auszulegen, dass sie den extremen klimatischen Bedingungen innerhalb der begehbaren Klimakammer dauerhaft standhält. Um Feuchtigkeitseintrag und starke Temperaturschwankungen zu vermeiden, wurde eine automatisierte Klimatisierung für den Prüfbereich entwickelt. Diese ermöglicht bei Bedarf eine aktive Beheizung sowie eine gezielte Kühlung mit Umgebungsluft von außerhalb der Klimakammer. Der PC-Turm mit der gesamten Messtechnik wurde bewusst außerhalb der Klimakammer positioniert und über steckbare Verbindungen mit dem Prüfgestell verbunden. Dies reduziert klimatische Belastungen und erleichtert Wartung und Austausch. Eine weitere zentrale Herausforderung lag in der Softwareentwicklung. Die Simulation realer Lastkurven erforderte eine hochauflösende und zeitsynchrone Verarbeitung, da die Vorgabekurven alle 0,1° neue Sollwerte enthalten. Zusätzlich musste ein mechanischer Anschlag im Fahrzeug durch den Servoantrieb simuliert werden. Innerhalb von 120 bis 150 ms war ein Drehmoment von 40 Nm zu erzeugen, ohne dass es zu nennenswertem Überschwingen kommt. Diese Anforderungen wurden durch eine optimierte Regelung und leistungsfähige Hardware zuverlässig erfüllt.

Nutzen

Der Kunde profitiert heute von einer Prüfanlage, die vollautomatische Dauerbelastungstests über mehrere Wochen hinweg ohne manuelles Eingreifen ermöglicht. Vier autarke Prüflingsplätze erlauben den parallelen Test unterschiedlicher Getriebe und Elektromotoren mit individuellen Prüfparametern, Fahrprofilen und Abläufen. Durch die modulare und skalierbare Architektur lassen sich Prüfprozesse effizient gestalten und flexibel an neue Anforderungen anpassen. Der Kunde verfügt damit über eine einheitliche, zukunftssichere Prüfplattform für realitätsnahe Funktions- und Lebensdauertests.

Diese SPIE AUTOMATION Stärken kamen zum Einsatz

Über unseren Kunden
Das Unternehmen ist ein global tätiger Automobilzulieferer mit Fokus auf mechatronische Systeme. Es entwickelt und produziert technologisch anspruchsvolle Komponenten und Lösungen für unterschiedliche Anwendungen im Fahrzeug.

Branche
Automobilzulieferer

Ich bin mit der Projektumsetzung sehr zufrieden, da wir dem Kunden termingerecht eine komplette Prüfanlage aus einer Hand liefern konnten. Die Lösung erfüllt alle technischen Anforderungen und bietet hohe Flexibilität für den Test unterschiedlicher Typen.

Uwe Schweinfest
Software
SPIE AUTOMATION
Auf dem Bild ist der Aufbau der Hardware zu sehen.
Abb.: Aufbau der Hardware © SPIE AUTOMATION
Abb.: Layout des Teils in der Klimakammer © SPIE AUTOMATION

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