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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gezielten Einbringen
von Vibrationen in eine Klimakammer mit einem Schwingungserregersystem,
das außerhalb
der Klimakammer angebracht ist und die Vibrationen mittels eines
Vibrationsvermittlers ins Innere der Klimakammer überträgt.
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Zur
Qualitätskontrolle
sowie Überprüfung von
mechanischen und thermischen Dauerbelastungen von Komponenten unterschiedlichster
Art befinden sich Klimakammern im industriellen Einsatz, in denen
die zu untersuchenden Bauteile sowie Produkte künstlich einstellbaren thermischen
Bedingungen ausgesetzt werden können.
So ist es mit konventionellen Klimakammern möglich Temperaturniveaus zwischen –70° C und +300° C einzustellen,
bei denen die zu überprüfenden elektrischen,
elektronischen oder mechanischen Komponenten auf Dauerbelastung überprüft werden
können.
Zusätzlich
zur Überprüfung der
thermischen Belastbarkeit der einzelnen Komponenten gilt ein wesentlicher
Aspekt der Qualitäts-
und Produktkontrolle der Überprüfung ihrer
mechanischen Belastbarkeit, die im Rahmen von Schwing- und Schockversuchen,
insbesondere bei den unterschiedlichsten Temperaturbedingungen durchgeführt werden.
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Für derartige
Schwing- und Schockversuche stehen spezielle Prüfschränke zur Verfügung, die
mit einer Durchführung
im Bodenbereich der Schränke versehen
sind, durch die, von einem unter dem Prüfschrank positionierten Schwingerregersystem
erzeugbare Vibrationen in die Prüfkammer übertragbar sind.
Schwingerregersysteme sind an sich bekannte Vorrichtungen, die mechanische
Schwingungen zu erzeugen in der Lage sind, und die die erzeugten Schwingungen
mittels eines geeigneten Übertragungsmediums,
das vorzugsweise als Stange ausgebildet ist, übertragen. Eine derartig bekannte
Anordnung, bei der das Schwingerregersystem unterhalb der Bodenplatte
einer Prüfkammer
angeordnet ist, weist eine vertikal angeordnete, die Schwingungen übertragende
Stange auf, die bei ihren entlang der vertikalen Achse gerichteten
Schwingbewegungen ihrem Eigengewicht unterworfen ist, ein Umstand
der als kontraproduktiv zur Übertragung
der elektrischen Schwingungen in das Innere der Klimakammer anzusehen
ist. Zudem weist eine derartige Anordnung den weiteren Nachteil
auf, dass sämtliche erforderlichen
Abdichtungsmaßnahmen
zwischen der Bodenplatte der Prüfkammer
und der die Schwingungen übertragenden
Stange nicht nur hinsichtlich thermischen sondern auch Flüssigkeitsabdichtungsaspekten
zu erfolgen hat. So sammelt sich innerhalb der Klimakammer Kondensflüssigkeit
verstärkt
am untersten Bereich der Klimakammer an, das bei ungenügender Abdichtung
das außerhalb
der Klimakammer angebrachte Schwingererregersystem zu schädigen vermag.
Um derartige Schädigungen
zu vermeiden, sind kostenintensive Abdichtungsmaßnahmen erforderlich.
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Eine
alternative Ausgestaltung einer Klimakammer zur Durchführung von
Schwing- und Schockversuchen
ist der Einbau des Schwingererregersystemsinnerhalb der Prüfkammer.
Hierzu ist es jedoch erforderlich das Schwingererregersystem mit einer
Isolation zu versehen, um innerhalb der mittels getrennt zugeführter Kühl- bzw.
Heizluft das Schwingererregersystem von den starken, innerhalb der
Klimakammer vorherrschenden Temperaturschwankungen zu entkoppeln.
Auch besteht zusätzlich
das Erfordernis, die vom Schwingungserregersystem erzeugten mechanischen
Schwingungen nicht auf den Klimaschrank zu übertragen. Dies jedoch erfordert eine
aufwendige Konstruktion hinsichtlich der Lagerung des Schwingererregersystems,
was nicht zuletzt auch zu erhöhten
Realisierungskosten führt.
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Aus
der
DE 298 18 850
U1 ist ein Prüfstand für Schläuche zu
entnehmen, die innerhalb einer Klimakammer auf Belastungen zu prüfen sind.
Hierzu ist ein Schwingungserregersystem neben der Klimakammer angeordnet. Über einen
linearbeweglichen Bolzen, der mit dem Schwingungserregersystem einseitig
verbunden ist und die Klimakammerwand durchragt, werden die Vibrationen
durch die Klimakammerwand in das Innere auf ein mit dem Bolzen verbundenen
Testgestell übertragen.
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Eine ähnliche
Anordnung ist der DE-OS-2022810 zu entnehmen, die eine evakuierbare
Messkammer zu Untersuchung von Werkstoffen hinsichtlich Ihres dynamischen
Moduls bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen beschreibt.
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Die
vorstehenden Schwingungssysteme eignen sich nicht für die Schwingungsuntersuchung
von unterschiedlichen Komponenten. Ein Austausch von Komponenten
von unterschiedlicher Art ist nur mit einem großen Aufwand, wenn überhaupt
möglich.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum gezielten
Einbringen von Vibrationen in eine Klimakammer mit einem Schwingungserregersystem,
das außerhalb
der Klimakammer angebracht ist und das Vibrationen mittels eines
Vibrationsvermittlers ins Innere der Klimakammer überträgt, derart
auszubilden, dass die vorstehend vom Stand der Technik erwähnten Nachteile
vermieden werden können.
Insbesondere gilt es, den konstruktiven und kostenmäßigen Aufwand
von Klima- bzw. Prüfkammern,
in denen Schwing- und Schockversuche durchgeführt werden, erheblich zu reduzieren. Verschleißerscheinungen,
wie beispielsweise die Übertragung
von Vibrationen auf den Klimaschrank selbst, die letztlich zum Ausfall
eines Klimaschrankes führen
können,
sollen reduziert bzw. vollständig
ausgeschlossen werden können.
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Die
Lösung
der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Merkmale des Erfindungsgedankens sind Gegenstände der
Unteransprüche
sowie der Beschreibung unter Bezug auf die Figuren zu entnehmen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Idee ist die seitliche Anbringung
eines an sich bekannten Schwingererregersystems außerhalb
neben einer Klimakammer wobei wenigstens eine Seitenwand der Klimakammer
eine Durchführungsöffnung aufweist,
durch die das mit dem Schwingererregersystem verbindbare Vibrationsmittel,
das vorzugsweise als längliche
Antriebsstange ausgebildet ist, hindurchragt. Eine derartige seitliche Öffnung innerhalb der
Seitenwand einer Klimakammer ist mit nur geringen Kosten in der
Herstellung verbunden oder sogar bereits standardmäßig zur
Durchführung
beispielsweise von Messleitungen ohnehin vorgesehen. Für die Abdichtung
der durch die Öffnung,
der sogenannten Schleusenöffnung,
innerhalb der Seitenwand zur Klimakammer hindurchragende Arbeitsstange
sind keine weiteren Anforderungen hinsichtlich Flüssigkeitsdichtheit
erforderlich, zumal an den Seitenwänden keine merklichen Kondensationsflüssigkeitsansammlungen
auftreten.
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Um
das vorzugsweise als längliche
Antriebsstange ausgebildete Vibrationsmittel mechanisch stabil zu
lagern ist eine Führungseinheit
zwischen dem Schwingungserregersystem und der Schleusenöffnung vorgesehen,
innerhalb der der Vibrationsvermittler linear beweglich gelagert
ist. Vorzugsweise durchragt der Vibrationsvermittler die Schleusenöffnung und
damit die Seitenwand der Klimakammer in einer horizontalen Lage,
wobei der als Antriebsstange ausgebildete Vibrationsvermittler einerseits
mit dem Schwingungserregersystem über einen lösbar festen Anschlussflansch
verbunden ist und andererseits frei in das Innere der Klimakammer
hineinragt. Das in die Klimakammer hineinragende Ende des Vibrationsvermittlers
ist vorzugsweise derart ausgebildet, so dass eine mechanische Verbindung
zu Probenkörper
möglich
ist, die innerhalb der Klimakammer Schwing- und Schockversuchen unterworfen werden
sollen. Als besonders geeignete Anschlußkonturen dienen nut- oder
kerbfömige
Vertiefungen am Ende der Stange.
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Die
Führungseinheit,
durch die der Vibrationsvermittler verläuft, ist derart ausgebildet,
dass sie entlang des Vibrationsvermittlers auftretende Biegemomente,
die durch Lasten hervorgerufen werden, die innerhalb der Klimakammer
mit dem Vibrationsvermittler verbunden sind, vollständig aufzunehmen vermag.
Andererseits gilt es die Reibungskräfte, die zwischen dem Vibrationsvermittler
und der Führungseinheit
auftreten, so gering wie nur möglich
zu halten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist hierzu die Führungseinheit
mit zwei Lagereinheiten ausgebildet, die jeweils über ein
Rollen-, Kugel- oder Hülsenlager
verfügen.
Die Lagereinheiten sorgen zum einen dafür, dass der als Stange ausgebildete
Vibrationsvermittler nur geringen Reibungskräften ausgesetzt ist, sodass
die durch das Schwingungserregersystem initiierten Vibrationen nahezu verlustfrei übertragen
werden, zum anderen ist die Stange jedoch mechanisch stabil entlang
der durch die Lagereinheiten vorgegebene Raumachse zu halten.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
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1 schematische
Seiten- und Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ausführungsbeispiel,
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2 bildliche
Darstellung eines Schwingererregersystem mit angekoppelter Führungseinheit,
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3 bildliche
Darstellung gemäß 2 in Draufsicht,
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4 Detaildarstellung
einer Führungseinheit,
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5 bildliche
Darstellung des in der Kühlkammer
hineinreichenden Vibrationsvermittler sowie
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6 bildliche
Darstellung eines Probenkörpers
innerhalb einer Kühlkammer
der Schwing- und Schockversuchen unterworfen wird.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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In 1 oberer
Darstellung ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäße Vorrichtung
schematisch dargestellt. Ein Schwingerregersystem 1, das
in konventioneller Weise mittels induktiver Wechselwirkung Vibrationen
zu erzeugen in der Lage ist, ist handelsüblich erhältlich. Das Schwingerregersystem 1 ist über zwei
Haltebacken 2 um eine horizontal verlaufende Achse A schwenkbeweglich
fixierbar. Über einen
Anschlussflansch 3, der fest mit dem Schwingerregersystem 1 verbunden
ist und der in Vibrationen versetzbar ist, ist der Vibrationsvermittler 4 in
Art einer Antriebsstange vermittels einer Fixierschraube 5 lösbar fest
verbindbar.
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Getrennt
vom Schwingerregersystem 1 ist eine Führungseinheit 6 vorgesehen,
die zwei getrennte Lagereinheiten 7 aufweist. Die Lagereinheiten 7 sind
als Lagerhülsen 71 ausgeführt, in
denen über
Rollelemente 72 die Antriebsstange 4 horizontal beweglich
geführt
ist. Die Rollenelemente 72 können in unterschiedlicher Ausführungsform
realisiert werden, dienen jedoch hauptsächlich einer achsstabilen Lagerung
der Antriebsstange 4 mit nur geringen Reibkräften, die
auf die Antriebsstange einwirken. Die Rollenelemente 72 können vorzugsweise
aus Kugeln oder drehbeweglichen Zylinderelementen bestehen.
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Die
Führungseinheit 6 ist
derart gelagert, so dass sie gegenüber dem Schwingerregersystem 1 frei
positionierbar ist, um eine optimale Flucht zum Anschlussflansch 3 herzustellen,
so dass die Antriebsstange 4 linearbeweglich in x-Richtung Schwingungsbewegungen
ausführen
kann. Das dem Schwingerregersystem 1 entgegengesetzte Ende der
Antriebsstange 4 weist eine geometrische Ausnehmung 8 in
Art einer Nut auf, vermittels der eine mechanische Verbindung zu
Prüfkörpern innerhalb der
Klimakammer hergestellt werden kann.
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In
der unteren Darstellung der 1 ist eine Draufsicht
der gesamten Anordnung gezeigt, mit einem Teil der Seitenwand 9 eines
Klimaschrankes 10, in dessen rechten Innenraum das freie
Ende der Antriebsstange 4 hineinragt. Die Führungseinheit 6 drückt kraftbeaufschlagt
gegen die äußere Oberfläche einer
Wärmedämmung 11,
die die in der Seitenwand 9 befindliche Öffnung 12 für eine thermische Isolierung
nach außen
hin abdeckt. Zusätzlich
ist eine, die Durchführungsöffnung 12 abdeckende
Deckelplatte 13 vorgesehen, in der eine kleine Schleusenöffnung 14 eingearbeitet
ist, durch die die Antriebsstange 4 in das Innere der Klimakammer
hineinragt.
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Aus
der bildlichen Darstellung gemäß 2 ist
eine schräge
Seitenansicht eines Schwingerregersystems 1 (weißes, tonnenförmiges Bauteil)
dargestellt. Das Schwingerregersystem ist im gezeigten Beispiel
um eine horizontale Raumachse mittels manuell betätigbarer
Verstellschrauben fixierbar. Rechts am Schwingerregersystem 1 ist
ein Anschlussflansch 3 angebracht, der lösbar fest
mit der Antriebsstange 4 verbunden ist, die in eine Führungseinheit 6 hineinragt,
die wiederum unmittelbar an der Seitenwand 9 (siehe rechten
Bildrand) angepresst wird. Eine entsprechende Draufsichtdarstellung
ist aus 3 zu entnehmen. Das Schwingerregersystem 1 ist
ebenso wie die Führungseinheit 6 getrennt
auf einem Gestell aus Montageprofilen gelagert. Besonders geeignet sind
hierzu Standardprofile, die käuflich
auf dem Markt erhältlich
sind. Sowohl das Gestell für
das Schwingerregersystem 1 als auch für die Führungseinheit 6 sind
rutschfest auf dem Boden fixiert.
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In 4 ist
eine Detaildarstellung der Führungseinheit 6 dargestellt,
die die Antriebsstange 4 aufnimmt, die am linken Bildrand
mit dem Anschlussflansch 3 verbunden ist. Die Führungseinheit 6,
die selbst mit einem Tragegestell verbunden ist, wird mit ihrem
rechten Ende mit der Seitenwand 9 des Klimaschrankes zu
Zwecken einer Dampfsperre mit Klebefolie verbunden.
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In 5 ist
das Ende der Antriebsstange 4 dargestellt, das frei in
das Innere der Klimakammer hineinmündet. Das freie Ende der Antriebsstange 4 ist
hierbei mit einem Messprobenträger
M verbunden, der im weiteren Schwing- und Schockversuch innerhalb
der Klimakammer unterzogen wird.
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In 6 ist
eine Messanordnung dargestellt, mit der Anschlussstrukturen von
flexiblen Leiterfolien innerhalb der Klimakammer überprüft werden.
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Die
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen
Vorteile äußern sich
insbesondere in einer kostengünstigen
Lösung
für die
Durchführung von
Schwingungs- und Schockversuchen an Proben innerhalb einer Klimakammer.
Durch die erfindungsgemäße Durchführung der
Antriebsstange durch die Seitenwand einer Klimakammer sind erheblich
geringere Kosten verbunden, als im Falle der an sich bekannten Durchführung von
Antriebsstangen durch den Bodenbereich von Prüfkammern. Abschätzungen
für eine
Kostenanalyse gehen davon aus, dass der Kostenaufwand um den Faktor 10 reduziert
werden kann. Ferner ist es möglich,
aufgrund der drehbeweglichen Lagerung des Schwingungserregersystems
auch Vibrationsprüfungen
durchzuführen,
die nicht innerhalb der Klimakammer stattfinden müssen. Hierzu
ist lediglich das Schwingungserregersystem von der in horizontaler
Richtung durch die Klimakammer hindurchragende Antriebsstange zu
lösen und
in eine beliebig andere Lage zu verschwenken. Auf diese Weise lassen
sich sehr schnell Prüfungen
außerhalb
der Klimakammer durchführen,
so dass weitere Kostenvorteile erzielt werden können, zumal in der Zwischenzeit
die Klimakammer für
klimatische Überprüfungen ohne
Schwingerregersysteme genutzt werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der seitlichen Anordnung eines Schwingerregersystems
neben der Seitenwand einer Klimakammer ist die erreichbare Bodenfreiheit,
so dass auch Prüfteile
innerhalb der Klimakammer Schwingungs- und Schockversuche unterzogen
werden können,
die eine gewisse Bauhöhe aufweisen,
beispielsweise Komponenten im Fahrzeugbau.
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- 1
- Schwingerregersystem
- 2
- Haltebacken
- 3
- Anschlussflansch
- 4
- Antriebsstange,
Vibrationsvermittler
- 5
- Feststellschraube
- 6
- Führungseinheit
- 7
- Lagereinheit
- 71
- Lagerhülse
- 72
- Rollelemente
- 8
- Anschlusskontur
- 9
- Seitenwand
- 10
- Klimaschrank
- 11
- Wärmedämmung
- 12
- Durchführungsöffnung
- 13
- Öffnungsdeckel
- 14
- Schleusenöffnung