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2024-03-15T10:29:13Z

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Eine '''Pendelmaschine''' ist eine rotierende [[elektrische Maschine]], deren [[Stator|Ständer]] in axialen [[Lager (Maschinenelement)|Lagern]] drehbar gelagert und mit einer [[Kraftmessung|Kraftmesseinrichtung]] verbunden ist. Der nahezu ausschließliche Einsatzbereich dieser speziellen Maschine stellt die Anwendung als mechanische Last in [[Motorprüfstand|Motorenprüfständen]] dar. Sie dient dabei unter anderem der Messung des [[Drehmoment]]s.

== Zielstellung ==
[[Datei:Prüfstand3a.jpg|mini|Eine Gleichstrom-Pendelmaschine (2) in einem Motorenprüfstand für Verbrennungsmotoren]]
Die Prüfung von Motoren (elektrisch, hydraulisch oder [[Verbrennungskraftmaschine]]n) erfolgt auf [[Motorenprüfstand|Motorenprüfständen]]. Die [[Welle (Mechanik)|Welle]] des zu prüfenden [[Antrieb]]s wird dabei mit einer Leistungsbremse (Belastungseinrichtung) gekoppelt. Diese Leistungsbremse muss die gesamte Antriebsleistung aufnehmen können. Früher wurden dafür hauptsächlich [[Wasserwirbelbremse]]n verwendet. Wenn aber der Prüfling auch geschleppt werden muss (Prüfung von Generatoren, Bremsen und Pumpen), werden [[Gleichstrommaschine]]n eingesetzt, deren Ständer ([[Stator]]) beweglich gelagert ist, um das [[Drehmoment]] messen zu können. Das Maschinengehäuse „pendelt“ dabei, durch die Kraftmessung gehalten, in zwei Außenlagern. Die Gleichstrommaschine nimmt die Motorleistung auf (Generatorbetrieb); die Drehzahl kann über ihren Erregerstrom gesteuert werden.

Mit der Gleichstrommaschine ist der zu prüfende [[Motor]] über die [[Antriebswelle]], eine [[Welle (Mechanik)|Gelenkwelle]] oder ggf. ein [[Getriebe]] verbunden.

== Funktion ==
Die Pendelmaschine erfüllt gleichzeitig die Funktion einer Belastungseinrichtung und einer Drehmomentenmesseinrichtung. Aufbau und Arbeitsweise entsprechen dem der fremderregten Gleichstrommaschine. Entsprechend der Belastung kann das Erregerfeld durch eine zusätzliche Hilfsreihenschlusswicklung unterstützt werden. Die Pendelmaschine arbeitet als [[Elektrischer Generator|Generator]] (positives Moment aus Sicht der Antriebsmaschine) oder als [[Motor]] (negatives Moment) bei einstellbarer Drehzahl.

Die [[Messung]] des Drehmomentes erfolgt über die Bestimmung des Reaktionsmomentes. Im einfachsten Aufbau stützt der Ständer über einen [[Hebel (Physik)|Hebelarm]] einer [[Waage]] gegen den festen Untergrund ab. Die [[Spannungsversorgung]] des Ständers erfolgt über frei an der Maschine hängende bewegliche Kabel. Die Gegenkraft der Waage verhindert die weitere Verdrehung des Gehäuses der Pendelmaschine. Bei sehr einfachen [[Prüfstand|Prüfständen]] kamen auch Konstruktionen ähnlich der [[Balkenwaage]] mit Waagschale und Gewichten zum Einsatz. Die Waage misst die Kraft, die sich bei bekannter Länge des Hebelarms in das wirksame Drehmoment umrechnen lässt. Elektrisch kann dieses Reaktionsmoment der Pendelmaschine auch über die Kraftmessung mit Biegebalken oder [[Kraftmessdose]] erfolgen.

Mit der gleichzeitigen Messung der Drehzahl ([[Tachogenerator]], [[Inkrementalgeber]]) ergibt sich für beide Arten der Pendelmaschine die Möglichkeit der [[Leistung (Physik)|Leistungsbestimmung]]:

:<math>P = M \cdot \omega = F \cdot r \cdot 2 \pi \cdot \frac{n}{60}</math>

mit
:<math>P</math> – mechanische Leistung
:<math>M</math> – Drehmoment
:<math>\omega</math> – Kreisfrequenz = <math>2 \pi \cdot \ n / 60</math>
:<math>n</math> – Drehzahl, 1/min
:<math>F</math> – Kraft an der Drehmomentwaage
:<math>r</math> – Radius bzw. Hebellänge der Kraftmessung

== Geschichte ==
Bis in die 1970er Jahre dominierte zur [[Drehzahl]]stellung einer Pendelmaschine der [[Leonardsatz]], diese wurden durch Vierquadranten-[[Stromrichter]] ersetzt; diese sind kleiner und leichter. Mit der Entwicklung von leistungsstarken [[Frequenzumrichter]]n ab etwa 1970 kamen zunehmend Asynchron-Pendelmaschinen zum Einsatz.

Generell hat die elektrische Pendelmaschine gegenüber mechanischen Belastungseinrichtungen und auch gegenüber der [[Wirbelstrombremse]] den Vorteil der Energierückgewinnung sowie der Möglichkeit, auch Hydraulikpumpen, Bremsen und Generatoren testen zu können.

== Literatur ==
*{{Literatur
|Autor = Werner Nürnberg, Rudolf Hanitsch
|Titel = Die Prüfung elektrischer Maschinen | TitelErg = Klassiker der Technik
|Verlag = Springer | Auflage = 7. | Jahr = 2001 | ISBN = 978-3-642-62550-3 | Kapitel = Kapitel 1.11 Pendelmaschine }}

[[Kategorie:Elektrische Maschine]]
[[Kategorie:Antriebstechnik]]
[[Kategorie:Bremstechnik]]

Pendelmaschine - Versionsgeschichte

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