DE10122797A1 - Vorrichtung zum Prüfen eines Bauteiles - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Prüfen eines Bauteils (21) mit einer ersten (24) und einer zweiten Seite (44), insbesondere eines Elastomerlagers, Kugelgelenks, etc., das in zumindest einem Freiheitsgrad beansprucht wird, wobei zumindest eine Belastungseinrichtung zum Einleiten von Kräften (F¶x¶, F¶y¶, F¶z¶) und Momenten (m¶x¶, M¶y¶, M¶z¶) in das Bauteil (21) vorgesehen ist, sind Kräfte (F¶x¶, F¶y¶, F¶z¶) und/oder Auslenkwerge (s¶x¶, s¶y¶, s¶z¶) an der ersten Seite (24) und zumindest ein Teil der Momente (M¶x¶, M¶y¶, M¶z¶) und/oder Drehwinkel (phi¶x¶, phi¶y¶, phi¶z¶) an der zweiten Seite (44) in das Bauteil (21) getrennt einleitbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen eines Bauteils mit einer ersten und einer zweiten Seite, insbeson­ dere eines Elastomerlagers, Kugelgelenks etc., das in zu­ mindest einem Freiheitsgrad beansprucht wird, wobei zumindest eine Belastungseinrichtung zum Einleiten von Kräften und Momenten in das Bauteil vorgesehen ist.

Derartige Vorrichtungen zum Prüfen eines Bauteils werden be­ nötigt, um Betriebsfestigkeitsversuche an diesem vorzuneh­ men. Hierbei wird das Bauteil teilweise komplexen Bewegungs­ beanspruchungen ausgesetzt, die die jeweilige Situation si­ mulieren sollen, die beim üblichen Einsatz des Bauteils, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, auftreten kann. Zur Simulation der komplexen Bewegungsbeanspruchungen werden in das in eine Halteeinrichtung eingespannte oder in dieser gehaltene Bauteil Kräfte und Momente eingeleitet. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 44 10 639 A1 bekannt. Hierin ist ein Lagerprüfstand beschrieben, der den Aufbau einer Eisenbahnwagen-Radachse simuliert. Zu diesem Zweck ist eine rotierende Hauptwelle über zwei radiale Gleitlager und ein axiales Gleitlager in eine Tragkonstruktion aufgenommen. Die beiden zu prüfenden Lager sind an den axial über die drei Gleitlager in beiden Richtungen überstehenden Enden der Hauptwelle angeordnet. Die Lagergehäuse der zu prüfenden Lager sind über eine Traverse miteinander verbunden. Auf die Traverse wirken Aktuatoren, beispielsweise Hydraulikzylinder, Gewindespindeln, elektropneumatische Vorrichtungen etc., die Kräfte oder Belastungen erzeugen, die auf die zu prüfenden Lager übertragen werden. Diese Belastungen betreffen radiale Kräfte, axiale Kräfte und Kippmomente. Die zu prüfenden Lager sind außerdem in einem inneren Bügel aufgenommen, der in einem äußeren Bügel drehbar gelagert ist. Der äußere Bügel ist seinerseits starr mit der zur Belastung der Lager dienenden Traverse verbunden. An dem drehbaren inneren Bügel greifen ein oder mehrere Aktuatoren an, die ein Drehmoment erzeugen, das ein Kippmoment auf das Lager ausübt. Die Drehachsen der beiden Bügel schneiden sich in der Rotationsachse der Hauptwelle, um beim Erzeugen der Kipp­ momente keine zusätzlichen axialen Bewegungen des zu prüfen­ den Lagers hervorzurufen. Bei der in dieser Druckschrift be­ schriebenen Vorrichtung werden die Kräfte und Momente je­ weils auf die Lagerschale der zu prüfenden Lager eingeleitet. Die Hauptwelle, auf der die Lager angeordnet sind, ist für eine drehende, jedoch nicht für eine oszillierende Bewegung ausgelegt.

Aus der DE 44 28 758 C1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Übertragungsverhaltens eines elastischen Bauteils, wie beispielsweise eines Lagers mit mindestens zwei quer zur Längsachse des Lagers, nicht jedoch radial dazu, angeordne­ ten Erregern bekannt. Zwei zu prüfende Lager werden auf einer Längsachse angeordnet und sind durch ein Verbindungselement miteinander verbunden, wobei zwei einander gegenüberliegende Erreger an dem Verbindungselement angreifen. Zwischen jedem der Erreger und dem Verbindungselement ist ein Koppelelement angeordnet, das parallel zur Längsachse der zu prüfenden Lager elastisch und quer dazu steif ausgeführt ist. In dieser Druckschrift ist offenbart, dass durch eine feste Einspannung der beiden gleichen zu prüfenden Lager die Anregung von vertikalen, also sich in Längsrichtung erstreckenden Freiheitsgraden bei einer Messung der horizontalen Freiheitsgrade vermieden wird, um eine genaue Feststellung des Übertragungsverhaltens eines der beiden Lager zu ermöglichen. Die beiden zu prüfenden Lager sind jeweils in Aufnahmen angeordnet, die zwischen einer Grundplatte und einer Traversen, die durch sich in vertikaler Richtung erstreckende Führungssäulen miteinander verbunden sind, angeordnet sind. Die untere Aufnahme ist an einer Aufnahmeplatte befestigt, die über zwei Kraftmessdosen mit der Grundplatte verbunden ist. Eine steuerbare Hydraulik ist mit der oberen Aufnahme einstellbar bzw. betätigbar verbunden. Bei dieser Vorrichtung ist somit das Vorsehen von zwei zu prüfenden Lagern in der Vorrichtung unbedingt erforderlich, wobei die Kräfte bzw. Momente einleitenden Erreger zwischen den beiden Lagern versetzt zueinander angeordnet sind und an der Verbindungsstange zwischen den beiden Lagern angreifen.

Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE 196 50 616 A1 be­ kannt. Mittels dieser Vorrichtung bzw. dieses Prüfstandes soll die Anfälligkeit für Stillstandsmarkierungen bei Ein­ satz unterschiedlicher Schmierstoffe bei niedrigen Tem­ peraturen für den Anwendungsfall von Wälzlagern in Radlage­ rungen von Kraftfahrzeugen geprüft werden. Die Vorrichtung weist hierzu ein Grundgestell auf, das über zwei Säulen mit einer Traversen verbunden ist, an der ein Kraftaufnehmer an­ geordnet ist. Außerdem ist ein Gehäuse vorgesehen, das auf vier Stützen angeordnet sich innerhalb des Grundgestells be­ findet. Das Gehäuse ist mit einer wärmeisolierenden Verklei­ dung und einem Belastungsrahmen mit Wärmetauschern versehen, die über Leitungen mit einem Kälteaggregat in Verbindung stehen. Hierdurch kann der Belastungsrahmen auf eine ge­ wünschte Temperatur abgekühlt werden. Innerhalb des Bela­ stungsrahmens ist eine Welle angeordnet, auf der zwei zu prüfende Lager gelagert sind. Die Einleitung einer Prüfbela­ stung erfolgt über einen Hydraulikkolben, der über einen Schwenkarm mit der Welle verbunden ist. Über die Schwenkarme wird die Welle während des Aufbringens einer pulsierenden Last über den Hydraulikkolben gleichzeitig mit einer bestimmten Frequenz geringfügig verdreht. Da bei dieser Vor­ richtung lediglich die Eignung von Schmierfetten untersucht werden soll, die in den zu prüfenden Lagern verwendet wer­ den, wird eine Belastung der ansonsten mit dem Außenring eingespannten Lager alleinig über die Welle, auf der die La­ ger mit ihrem Innenring sitzen, vorgenommen.

Eine Möglichkeit zum Untersuchen von mit textiler Einlage zur Verstärkung versehenen Schläuchen ist in der DE 298 18 850 U1 offenbart. Hierin ist eine Klimakammer vorgesehen, in der zwei einander gegenüberliegend angeordnete Halterungen zur Aufnahme jeweils eines Endes zumindest eines Schlauches vorgesehen sind, wobei eine Halterung eine Relativbewegung gegenüber der anderen Halterung ausführt. Über einen Taumelscheibenantrieb kann einer rotatorischen Bewegung der einen Halterung eine axiale Bewegung überlagert werden. In der Klimakammer können ansonsten verschiedene klimatische Verläufe im Wärme- und Kältebereich simuliert werden. Durch das Innere der Schläuche kann ein Medium geleitet werden, das unterschiedliche Temperatur und unterschiedlichen Bewe­ gungszustand aufweisen kann, also unter Druck pulsierend durch den Schlauch geleitet werden kann. Eine Bewegung wird somit auf die Schläuche lediglich von einer Seite aus über die Taumelscheibe eingeleitet.

Bei keiner der bekannten Vorrichtungen ist es möglich, ein Bauteil in bis zu sechs unabhängig voneinander aufbringbaren Freiheitsgraden zu beanspruchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahin­ gehend weiterzubilden, dass das Bauteil in bis zu sechs voneinander unabhängig aufbringbaren Freiheitsgraden beansprucht werden kann und eine gegenseitige Beeinflussung von auf das Bauteil einwirkenden Kräften und/oder Momenten sehr gering ist.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 dahingehend weitergebildet, dass Kräfte und/oder Auslenkwege an der ersten Seite und zumindest ein Teil der Momente und/oder Drehwinkel an der zweiten Seite in das Bauteil getrennt einleitbar sind. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Dadurch wird eine Vorrichtung zum Prüfen eines Bauteils zur Verfügung gestellt, mittels derer eine Haltbarkeits- und Funktionserprobung von Bauteilen unter Ermitteln und Auswerten der spezifischen Reaktion des Bauteils auf eingeleitete Kräfte und/oder Auslenkwege und/oder Momente und/oder Drehwinkel getrennt nach der oder den jeweils eingeleiteten Komponenten möglich ist. Auch eine beliebige Kombination von eingeleiteten Kräften und/oder Auslenkwegen und Momenten und/oder Drehwinkeln kann mittels der Vorrichtung untersucht werden, um eine realitätsnahe Simulation tatsächlicher Gegebenheiten vorzunehmen. Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass eine Beanspruchung sogar in bis zu sechs Freiheitsgraden möglich ist. Eine Anpassung an unterschiedliche Bauteile und Bedingungen ist dabei problemlos möglich, insbesondere in Bezug auf die Auswahl und Größe der auf das zu prüfende Bauteil einwirkenden Kraft-/Auslenkwege- und Momenten-/Drehwinkel-Komponenten.

Vorzugsweise ist das Bauteil so einzuspannen oder zu halten, dass sich die Wirklinien der in das Bauteil eingeleiteten oder resultierenden Kräfte F_x, F_y, F_z in einem Punkt in dem Bauteil treffen. Besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn ein Teil einer Krafteinleitungseinrichtung zum Einleiten von Kräften und/oder Auslenkwegen in das Bauteil dieses auf dessen erster Seite so aufnimmt, dass die Kräftewirklinien durch die Kraftwirkmitte des Bauteils gehen.

Die Momente sind bevorzugt so in das Bauteil einleitbar, dass sich die Drehachsen der Momente in einem Punkt, insbesondere in dem Punkt, in dem sich die Kräftewirklinien treffen, innerhalb des Bauteils schneiden. Hierdurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass das Bauteil an definierter Stelle belastet werden kann ohne Auftreten von Störkräften und Momenten und eine Simulation der Verhältnisse an dessen üblichem Einsatzort, beispielsweise in einem Fahrzeug, optimal erfolgen kann.

Bevorzugt sind alle Momente M_x, M_y, M_z und/oder Drehwinkel ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z in das Bauteil an dessen zweiter Seite und alle Kräfte F_x, F_y, F_z und/oder Auslenkwege s_x, s_y, s_z an dessen erster Seite in dieses einleitbar, wodurch eine Trennung der eingeleiteten oder einleitbaren Belastungen ermöglicht wird. Hierbei findet vorteilhaft eine Entkopplung über eine kardanische Anordnung statt, die insbesondere zum Einleiten der Momente und/oder Drehwinkel in das Bauteil vorgesehen ist. Die kardanische Anordnung kann insbesondere durch ineinander angeordnete Rahmen und/oder Traggestelle und/oder Haltearme und/oder Gehäuse vorgesehen werden, die jeweils um zueinander in einem 90°-Winkel stehende Achsen beweglich sind. Die Momente werden somit nicht direkt, sondern über die Rahmen, Traggestelle und/oder Haltearme sowie den mit zumindest einem der Rahmen, Traggestelle und/oder Haltearme in Verbindung stehenden momenteinleitenden Teil in das Bauteil eingeleitet. Ausgeübt wird das Moment dabei durch die jeweilige Relativbewegung zwischen der zweiten Seite und der ersten Seite des Bauteils. Hierdurch ist die gegenseitige Beeinflussung der Kräfte und Momente bzw. der zurückgelegten Auslenkwege und/oder Drehwinkel sehr gering. Außerdem kann es auf diese Art und Weise vorteilhaft ermöglicht werden, alle Wirkungslinien der Kräfte und Momente in einem Wirkpunkt in dem Bauteil zum Schnitt zu bringen.

Besonders bevorzugt greift der momenteinleitende Teil an dem Bauteil so an, wie dies im eingebauten Zustand des Bauteils z. B. in einem Fahrzeug ebenfalls der Fall ist. Die Art des Angreifens ist dabei von der Art des Bauteils, insbesondere dessen Form und Abmessungen abhängig. Bei Angreifen des momenteinleitenden Teils an der zweiten Seite des Bauteils wird vorzugsweise eine Einspannung für die Kräftebelastung des Bauteils von dessen erster Seite aus vorgesehen. Beispielsweise wird als erste Seite eines zylindrischen Bauteils dessen oberes und unteres Ende und als zweite Seite seine Mantelaußenfläche bezeichnet.

In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante kann eine Rotation eines Teils einer an der ersten Seite des Bauteils angreifenden Krafteinleitungseinrichtung zum Einleiten von Kräften und/oder Auslenkwegen vorgesehen sein, um über diese auch ein Moment einzuleiten. Beispielsweise erfolgt damit neben dem Einleiten einer Kraft F_z das Einleiten eines Moments M_z durch Drehen um einen Drehwinkel ϕ_z.

In einer anderen alternativen Ausführungsvariante kann dieser Teil nicht nur um ϕ_z drehbar, sondern als um 360° rotierbare Welle ausgebildet sein. Hierdurch sind Verschleißuntersuchungen mit einem umlaufenden Drehfreiheitsgrad möglich. Vorzugsweise ist ansonsten die Krafteinleitungseinrichtung mit einem Gestänge zum Einleiten der Kräfte F_x, F_y, F_z momentenstarr verbindbar oder verbunden. Hierdurch werden die eingeleiteten Momente der zweiten Seite abgestützt.

Bevorzugt ist ein momenteinleitender, kräfteausleitender Teil für das Bauteil mit den kardanischen Haltearmen oder dem kardanischen Rahmen oder Gehäuse starr verbindbar oder verbunden.

Besonders bevorzugt wird zum schnellen Auswechseln von Bau­ teilen der momenteinleitende Teil und/oder der krafteinleitende Teil mit einem Schnellverschluss versehen oder kann mit diesem versehen werden. Hierdurch kann ein zu prüfendes Bauteil schnell und mühelos gegen ein anderes zu prüfendes Bauteil ausgetauscht werden, ohne dass die Vorrichtung hierzu in größerem Maße auseinandergenommen zu werden braucht.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass die eingeleiteten Kräfte und/oder Auslenkwege und Momente und/oder Drehwinkel im Bereich der Lasteinleitungen gemessen werden können, wobei für die Kräfte und Momente insbesondere eine geeignete Mehrachsen-Messdose vorgesehen ist. Zum Erfassen von drei Kräften und drei Momenten erweist sich daher eine Sechsachsenmessdose als besonders vorteilhaft. Zusammen mit den Aktuatorwegen und/oder Winkeln können hierdurch alle auftretenden Kräfte, Auslenkungen bzw. Wege, Momente und Auslenkwinkel oder Drehwinkel genau und differenziert und entkoppelt erfasst werden. Alternativ können Kräfte und/oder Momente einzeln an Aktuatoren gemessen bzw. erfasst werden.

Bei den Haltbarkeitsprüfungen wird ein Bauteil vorzugsweise nicht nur mit Kräften, Auslenkwegen, Momenten und Drehwinkeln beaufschlagt, sondern auch mit Temperatur, Druck und Feuchtigkeit, um Umweltbedingungen zu simulieren. Bei einer Vorrichtung zum Prüfen eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erweist es sich daher als besonders vorteilhaft, dass das Bauteil in einem kardanischen Rahmen beweglich angeordnet oder anordbar ist und einer oder mehrere dieser Rahmen als Gehäuse, insbesondere zur Umweltsimulation, ausgebildet oder ausbildbar ist oder sind. Im Unterschied zu beispielsweise der DE 298 18 850 U1 ist vorteilhaft lediglich das Bauteil in dem beweglich angeordneten Gehäuse angeordnet, nicht je­ doch die Belastungseinrichtungen zum Einleiten von Kräften und Momenten in das Bauteil. Das umschlossene Volumen des Gehäuses kann dadurch so klein wie möglich gewählt werden, gerade so, dass das Bauteil darin problemlos angeordnet werden kann. Da die Schläuche gemäß dieser Druckschrift des Standes der Technik lediglich über die Taumelscheibe belastet werden, nicht jedoch komplex mit Kräften und Momenten beaufschlagt werden, ist es bei der darin beschriebenen Vorrichtung auch nicht erforderlich, ein beweglich angeordnetes Gehäuse vorzusehen, in dem das Bauteil gehalten angeordnet werden kann. Gemäß der DE 196 50 616 A1 werden die zu prüfenden Bauteile (Lager) zwar innerhalb des Belastungsrahmens abgekühlt oder gegebenenfalls aufgeheizt, jedoch ist es aufgrund des sonstigen Aufbaus der Vorrichtung nicht erforderlich, ein bewegliches Gehäuse vorzusehen, über das in das Bauteil Momente eingeleitet werden können. In der Vorrichtung nach DE 44 28 758 C1 müssen in jedem Falle zwei Bauteile zugleich geprüft bzw. zumindest in der Vorrichtung eingespannt werden, außerdem ist die Gesamtanordnung von Grundplatte und Erregern sowie dazwischen angeordneten zu prüfenden Bauteilen so vorgesehen, dass ein Ummanteln der Bauteile mit einem Gehäuse zur Umweltsimulation jedenfalls nicht direkt möglich ist. Aufgrund der besonderen Anordnung der Erreger wäre außerdem das Anordnen von Bauteilen in einem beweglichen Gehäuse weder problemlos möglich, noch in irgendeiner Weise vorteilhaft. Dasselbe gilt auch für die DE 44 10 639 A1, bei der die auf einer Welle angeordneten Lager als zu prüfende Bauteile ebenfalls nicht separat von einem Gehäuse zur Umweltsimulation ummantelt werden können. Außerdem ist das Einleiten von Kräften und Momenten an unterschiedlichen Seiten der Bauteile getrennt voneinander nicht vorgesehen. Die erfindungsgemäße Ausstattung der Vorrichtung mit einem beweglichen Gehäuse sowie der getrennten Einleitung der Kräfte und Momente lässt sich daher dem genannten Stand der Technik nicht entnehmen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse zumindest eine Öffnung zum Durchführen eines Gestänges zum direkten oder indirekten Einleiten von Kräften F_x, F_y, F_z und/oder Auslenkwegen s_x, s_y, s_z und/oder eines Moments M_z und/oder eines Drehwinkels ϕ_z in das Bauteil auf. Ein mit einer Halteeinrichtung für das Bauteil verbundenes Gestänge der Krafteinleitungseinrichtung wird vorzugsweise über eine elastische oder flexible Durchführeinrichtung in das Gehäuse eingeleitet. Bei Beaufschlagen des Gehäuses als einer Klimakammer mit Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Druck wird über eine solche flexible Durchführeinrichtung die Abdichtung des Gehäuses gegenüber der Umgebung gewahrt und das problemlose Bewegen des Gestänges zum Einleiten von Kräften und/oder Auslenkwegen und/oder einem Moment und/oder Drehwinkel in das Bauteil möglich.

Vorzugsweise ist zumindest ein Anschlussteil zum Anschließen zumindest einer Zuleitung für Prüfmedien, insbesondere Wasser, Schmutzwasser, Lösungen, Feststoffe, Gase und andere Medien, erwärmt, abgekühlt, insbesondere temperierte und/oder unter Druck stehend an dem Gehäuse zur Simulation von Umweltbedingungen vorgesehen. Durch zumindest eine solche Zuleitung können die Prüfmedien unter Umgebungsdruck oder Nieder-/Hochdruck in das Gehäuse eingeleitet werden, wobei das Medium nicht nur unter Druck, sondern auch unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen in das Gehäuse eingeleitet werden kann. Insbesondere ist dadurch auch ein zyklisches Besprühen mit Salzwasser und anschließendes Trocknen durch Einleiten eines Gases in das Gehäuse möglich.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher beschrie­ ben. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Rahmen, von denen der äußere als gabelförmiger Rahmen und der innere als klimatisiertes Gehäuse ausgeführt ist,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Details des Bauteils gemäß Fig. 1, eingespannt in einer Halteeinrichtung einer Kraftein­ leitungseinrichtung und einem momenteinleitenden Teil,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Rahmen,

Fig. 4 eine Prinzipskizze in Schnittansicht des Details einer Führungseinrichtung des Gestänges der Krafteinleitungseinrichtung, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Rahmen, von denen der äußere als gabelförmiger Rahmen und der mittlere als klimatisiertes Gehäuse ausgeführt ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Grundgestell 2, auf dem drehbar die weiteren Komponenten der Vorrichtung angeordnet sind. Die Drehbarkeit wird beispiels­ weise durch Vorsehen eines Drehtellers 3 oder einer entspre­ chend anderen drehbaren Einrichtung erzeugt. Auf der dreh­ baren Einrichtung oder dem Drehteller 3 ist ein äußerer Rahmen 4 über einer Mehrachsen-Messdose 5 angeordnet. Der äußere Rahmen 4 weist ein Grundelement 6 und zwei Seitenbacken 7 als Haltearme auf, die jeweils mit Öffnungen 8 zum Durchführen einer Drehachse 9 im oberen Teil versehen sind. Die Drehachse 9 ragt durch einen mittleren Rahmen 10 hindurch. Der mittlere Rahmen 10 ist somit auf der Drehachse 9 beweglich gelagert. Er weist auf den beiden im 90°-Winkel zu der Durchführung der Drehachse 9 bzw. Drehachsen 9 des äußeren Rahmens angeordneten Seiten beidseitig den Durchtritt einer weiteren Drehachse 11 auf. Diese lagert jeweils in einer Öffnung 12 in dem mittleren Rahmen 10. Zum Messen der eingeleiteten und/oder resultierenden Belastungen können im Bereich der einzelnen Lasteinleitungen bzw. von dort angeordneten Aktuatoren bei den Drehachsen 9 und 11 einzelne Messdosen angeordnet werden.

Innerhalb des mittleren Rahmens 10 ist ein innerer Rahmen 13, ausgeführt als klimatisiertes Gehäuse, vorgesehen. Dieses ist drehbar um die Drehachse 11 gelagert. Vorzugsweise können in einer Linie liegend zwei solcher Drehachsen 11 in das Gehäuse an zwei gegenüberliegenden Seiten eingreifen. Dies hat den Vorteil, dass innerhalb des Gehäuses angeordnete Komponententeile nicht durch die Drehachse 11 in ihrer Beweglichkeit behindert werden. Um das Gehäuse als Prüfkammer klimatisieren zu können, ist in dessen unterem Bereich ein Zuleitungsschlauch 14 angeschlossen, beispielsweise an eine nicht dargestellte Anschlusseinrichtung oder Öffnung. Anstelle eines flexiblen Zuleitungsschlauches, der bevorzugt wird, kann auch eine starre Zuleitung gewählt werden, jedoch ist dann darauf zu achten, dass die Beweglichkeit des Gehäuses nicht aufgrund der nicht vorhandenen Flexibilität einer solchen Zuleitung eingeschränkt oder sogar behindert wird. Durch Zuleitung oder Zuleitungsschlauch kann temperiertes und/oder unter Druck stehendes Medium in das Gehäuse eingeleitet werden, wobei unter Medium Flüssigkeiten, Gase und gegebenenfalls Feststoffe verstanden werden.

An seiner Oberseite weist das Gehäuse ein Deckelteil 15 auf, das mit einer Durchführöffnung 16 versehen ist. In diese Durchführöffnung ist ein Gestänge 17 zum Einleiten von ins­ besondere Kräften und/oder Auslenkwegen eingesteckt. In die Durchfuhröffnung 16 ist außerdem eine Manschette 18 eingefügt, die eine Abdichtung des Gehäuseinneren gegenüber der Umgebung gewährt. Vorzugsweise besteht die Manschette aus einem flexiblen Material, um eine Beweglichkeit des Gestänges innerhalb der Durchführöffnung 16 zu ermöglichen.

Das Gestänge 17 ist mit einem vorzugsweise hydraulischen, elektrischen und/oder pneumatischen Antrieb 20 so ausgeführt, dass eine Beeinflussung der Kraft F_z in Richtung z durch die Auslenkwege s_x und s_y vernachlässigbar ist. Dies kann durch eine entsprechend lange Stange 38, wie in Fig. 4 gezeigt, die gelenkig gelagert ist, oder beispielsweise durch ein Abkoppelelement 34 erreicht werden, wie den Fig. 3 und 4 entnehmbar ist. Beispielsweise ergibt sich bei einer Gestängelänge von 1000 mm und einem Hub der Seitenzylinder zum Einleiten des Kräfte F_x, F_y, von ±50 mm entsprechend ein Auslenkwinkel von lediglich ±3°.

Alternativ zu dem besonders ausgestalteten Abkoppelelement 34 gemäß Fig. 3 kann, sofern das Moment M_z ebenfalls über das Gestänge 17 eingeleitet werden soll, dieses die in Fig. 4 angedeutete Ausbildung aufweisen. Hierbei ist eine Parallelführung eines oberen Stangenteils 36 in einem ent­ sprechenden Lager 37 vorgesehen. Das obere Stangenteil 36 ist über ein Kugelgelenk 39 mit einem unteren Stangenteil 38 verbunden. Das Kugelgelenk ermöglicht ein Abwinkeln. Die Querkräfte F_x, F_y können durch diesen Aufbau abreagiert werden.

Über einen Gelenkring 19 (siehe Fig. 1), der das Gestänge 17 umgibt, können in den Koordinatenrichtungen der x- und y- Achse weitere Kräfte F_x und F_y eingeleitet werden. Vorzugsweise stehen die Wirklinien der Kräfte F_x, F_y, und F_z senkrecht aufeinander.

Ein Moment M_z um die Hochachse des Gestänges 17, also die Drehachse 47, kann durch Drehen des äußeren Rahmens 4 um einen Winkel ϕ_z in das Bauteil 21 eingeleitet werden. Alternativ kann durch Drehen des Gestänges 17 als einem Teil der Krafteinleitungseinrichtung 22 ein Drehwinkel ϕ_z' bzw. ein Moment M_z' in das Bauteil eingeleitet werden. Durch Drehen des mittleren Rahmens 10 um die Drehachse 9 um einen Winkel ϕ_y kann ein Moment M_y und durch Drehen des inneren Rahmens 13 um die Drehachse 11 um einen Winkel ϕ_x ein Moment M_x in das Bauteil eingeleitet werden.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bauteils 21, das in einem mit dem Gestänge 17 verbundenen Teil der Krafteinleitungseinrichtung 22, einem Bügelelement 25, an seiner ersten Seite 24 und einem momenteinleitenden Teil 23 an seiner zweiten Seite 44 gehalten ist. Das Bügelelement 25 umgreift das Bauteil 21 und hält es an seinen beiden Enden 26, 27, als erste Seite 24 definiert, fest. Die Einspannung bzw. das Halten des Bauteils kann hierbei formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen, beispielsweise über eine in oder durch das Bauteil ragende Stange oder Welle, auf oder an der es fest sitzt. Um ein schnelles Auswechseln des Bauteiles gegen ein anderes zu ermöglichen, ist vorzugsweise das Bügelelement und/oder der momenteinleitende Teil 23 mit einem Schnellverschluss 29, 30 versehen. Es ist ein Einspannen von Hohlkörpern und Vollkörpern möglich.

An der zweiten Seite 44 des Bauteils 21 greift der moment­ einleitende Teil 23 an diesem an. Dieser ist über einen Schnellverschluss mit einer Wandung des Gehäuses 13 verbunden ist. Der momenteinleitende Teil 23 ist an dem Bauteil 21 so befestigt, dass eine Übertragung von Momenten und/oder Drehwinkeln und Abstützung der Reaktionskraft auf das Bauteil über den momenteinleitenden Teil möglich ist. Das Befestigungsstück des momenteinleitenden Teils 23 kann beispielsweise über eine Schwalbenschwanzführung als Schnellverschluss 30, wie in Fig. 2 angedeutet, an einem Befestigungsstutzen, der fest an der unteren Wandung des Gehäuses montiert ist, befestigt werden.

Durch Kombination der Relativverdrehungen des äußeren Rahmens 4 um den Winkel ϕ_z gegenüber dem Grundgestell 2 und/oder des mittleren Rahmens 10 gegenüber dem äußeren Rahmen 4 um den Winkel ϕ_y und/oder des inneren Rahmens 13 gegenüber dem mittleren Rahmen 10 um den Winkel ϕ_x kann jede beliebige Beaufschlagung des Bauteils 21 mit Momenten/Drehwinkeln erfolgen. Entsprechend den natürlichen Gegebenheiten ist eine variable Gestaltung und Anpassung möglich, insbesondere eine Beaufschlagung des Bauteils in weniger als drei Drehfreiheitsgraden.

Als Messdose 5 kann entweder eine Mehrachsen-Messdose zwischen Drehteller und äußerem Rahmen 4, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen werden. Alternativ können auch mehrere Messdosen an den Ecken des Rahmens bei den Lasteinleitungsstellen angeordnet werden. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind zwischen einem Drehtisch 31 und dem Grundelement 6 des äußeren Rahmens 4 Hubzylinder 32, 33 als Aktuatoren angeordnet. Diese sind in Fig. 3 lediglich angedeutet. Zum Erzeugen eines Drehwinkels ϕ_x zum Einleiten eines Moments M_x werden die beiden Hubzylinder 32, 33 entgegengesetzt zueinander ausgelenkt, so dass ein Verdrehen um die Drehachse 11 erfolgen kann. Soll hingegen ein Drehwinkel ϕ_y um die Drehachse 9 erzeugt werden, also ein Moment M_y eingeleitet, so werden die beiden Zylinder 32, 33 gleichsinnig verstellt.

Anstelle eines mehreckigen Gehäuses ist in Fig. 3 ein im Querschnitt ovales oder rundes Gehäuse vorgesehen. Das Ge­ häuse kann jede beliebige Form annehmen, sofern dadurch die Beweglichkeit zum Einleiten von sich einstellenden Momenten sowie Kräften, die sich durch translatorische Bewegung ergeben, in das innenliegende Bauteil nicht behindert wird.

Das das Bauteil und dessen Halteeinrichtung bzw. den mo­ menteinleitenden Teil beherbergende Gehäuse ist vorzugsweise mit einer Wärmedämmung und einem Korrosionsschutz versehen. Diese sollte so ausgelegt sein, dass auch bei Umweltsimulation das Gehäuse bzw. die Klimakammer, denn zu einer solchen wird dieses dabei, diversen Bewegungen bzw. Drehungen ausgesetzt werden kann, ohne dass hierdurch die Umweltsimulation beeinflusst oder beeinträchtigt wird. Als zu prüfendes Bauteil kann beispielsweise ein Elastomerlager, Kugelgelenk, Gummilager, Gummimetalllager, mit oder ohne hydraulischer Dämpfung, in die Halteeinrichtung eingesetzt werden. Es können jedoch auch beliebige andere Bauteile darin einem mehraxialen Festigkeitsversuch unterworfen werden. Zur Kraft- oder Auslenkungswegeinleitung sind außerhalb des Gehäuses im Bereich des Gestängeendes bzw. im Bereich des Gelenkringes entsprechende Krafteinlei­ tungseinrichtungen oder Aktuatoren vorgesehen. Die Dreh- bzw. Auslenkwinkel können über entsprechende Stellmotoren bzw. andere Aktuatoren eingestellt werden, beispielsweise auch über Hubzylinder, wie in Fig. 3 angedeutet. Diese sind z. B. Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Auch Gewindestangen und Linearantriebe sind grundsätzlich verwendbar. Die Hubzylinder oder sonstigen Aktuatoren werden vorzugsweise mit einer Kraft- oder Wegregelung betrieben, um eine genaue Einstellung der gewünschten Belastungen vorsehen zu können.

Um eine Temperaturregelung innerhalb des Gehäuses zur Um­ weltsimulation vornehmen zu können, ist vorzugsweise das zu prüfende Bauteil mit einem Thermoelement versehen, das die Führungsgröße für die Temperatur liefert. Beispielsweise kann ein Temperaturbereich von -30° bis +100°C vorgesehen werden, bei einer Temperaturkonstanz von ±5 Kelvin und einer Änderungsgeschwindigkeit von 5 Kelvin pro Minute.

Sofern das Bauteil mit einem metallischen Teil versehen ist, erfolgt die Temperaturüberwachung vorzugsweise per Thermoelement an diesem. Soll eine Salzwasserbesprühung in Kombination mit einer Temperaturbeaufschlagung vorgesehen werden, wird ein Temperaturbereich von plus 5°C bis plus 80°C bevorzugt. Als Sprühmedium wird vorzugsweise eine 5 Gew.-% NaCl-Lösung verwendet. Die Besprühung erfolgt vorzugsweise in Sprühzyklen mit vorgewählter Besprühdauer und anschließender Trockenphase, beispielsweise 5 bis 30 Minuten, wobei besonders bevorzugt während der Sprühphase keine Temperaturregelung stattfindet.

Beispiele für die Probengeometrie sind z. B. Außenabmessungen von 220 mm bei Motorlagern, Außendurchmesser von 150 mm und ein Innendurchmesser von M8 bis M16 bei Buchsenlagern sowie eine Länge eines Gummilagers bzw. Gummimetalllagers von 200 mm. Bei anderen Bauteilen sind selbstverständlich die entsprechenden Abmessungen innerhalb der Vorrichtung zum Halten und Greifen des zu prüfenden Bauteils entsprechend anzupassen bzw. zu verändern. Es können beispielsweise verschiedene Vorrichtungen für unterschiedlich große zu prüfende Bauteile vorgesehen werden, die bevorzugt jeweils in bestimmten Abstufungen an unterschiedliche Bauteilgrößen angepasst werden können.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel kann eine Axial­ kraft F_z von ±40 kN bei einem Auslenkweg s_z von ±25 mm, eine Querkraft oder Radialkraft F_x von ±20 kN bei einem Auslenkweg s_x von ±25 mm und eine weitere Radial- oder Querkraft F_y von ±20 kN bei einem Auslenkweg s_y von ±25 mm vorgesehen werden. Das Torsionsmoment M_x kann beispielsweise zu ±500 Nm bei einem Drehwinkel ϕ_x von ±25 bzw. ±20° gewählt werden. Das kardanische Moment M_y kann bei Werten von ±250 Nm bei einem Drehwinkel ϕ_y von ±15° liegen. Die Prüffrequenz kann zu 50 Hz gewählt werden, wobei bei einer Prüffrequenz bis zu 20 Hz die geforderten Maximalkräfte und Maximalverdrehungen an dem zu prüfenden Bauteil bereitstehen sollten. Die Genauigkeit und Nachfahrgüte von Kraft bzw. Moment und Weg bzw. Winkel kann zu 1% bezogen auf den Maximalwert gewählt werden. Die vorstehenden Werte geben jeweils nur ein Ausführungsbeispiel an und können beliebig an den jeweiligen Anwendungsfall der Prüfvorrichtung angepasst werden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Prüfen eines Bauteils in per­ spektivischer Ansicht dargestellt. Im Unterschied zu den Ausführungsformen in den Fig. 1 und 3 ist in der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 5 der mittlere Rahmen als Gehäuse mit Gehäusewandungen 40, 41, 46 ausgebildet. Die Drehachse 11 ist in den Gehäusewandungen in dort vorgesehenen Öffnungen 45 drehbar gelagert. Der innere Rahmen ist als gabelförmiger Halbrahmen ausgeführt mit Haltearmen 42, in deren Durchgangsöffnungen 43 die Drehachse 11 lagert. In der Gehäusewandung 46 ist die Drehachse 9 gelagert. Dies zeigt, dass jeder der Rahmen durch ein solches Gehäuse ersetzt werden kann.

Neben den in den vorstehenden Figuren dargestellten und be­ schriebenen Ausführungsformen können noch zahlreiche weitere gebildet werden, bei denen ein zu prüfendes Bauteil getrennt mit Auslenkwegen und/oder Kräften und Drehwinkeln und/oder Momenten in allen Raumrichtungen beaufschlagt werden kann. Ein Teil der Prüfvorrichtung dient zum Einleiten von Auslenkwegen und/oder Kräften und ein anderer Teil zum Einleiten von Drehwinkeln und/oder Momenten, wobei eine getrennte Einleitung der Kräfte und Momente so erfolgt, dass sich die Wirklinien innerhalb des Bauteils, insbesondere in dessen Wirkmitte, treffen. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform wird durch die entsprechende Trennung der einzelnen Komponenten eine gegenseitige Beeinflussung der Kräfte und Momente bzw. der Auslenkwege und Drehwinkel sehr gering. Hierdurch kann besonders effektiv eine Haltbarkeits- und Funktionserprobung von Bauteilen erfolgen, die mit zumindest einem Freiheitsgrad beansprucht werden, insbesondere unter gleichzeitiger Umweltsimulation durch Be­ aufschlagung mit Temperatur und/oder Druck und/oder Feuchtigkeit.

Claims (19)

1. Vorrichtung (1) zum Prüfen eines Bauteils (21) mit einer ersten (24) und einer zweiten Seite (44), insbesondere eines Elastomerlagers, Kugelgelenks, etc., das in zumindest einem Freiheitsgrad beansprucht wird, wobei zumindest eine Belastungseinrichtung zum Einleiten von Kräften (F_x, F_y, F_z) und Momenten (M_x, M_y, M_z) in das Bauteil (21) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Kräfte (F_x, F_y, F_z) und/oder Auslenkwege (s_x, s_y, s_z) an der ersten Seite (24) und zumindest ein Teil der Momente (M_x, M_y, M_z) und/oder Drehwinkel (ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z) an der zweiten Seite (44) in das Bauteil (21) getrennt einleitbar sind.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (21) so gehalten ist, dass sich die Wirklinien der in das Bauteil (21) eingeleiteten oder resultierenden Kräfte (F_x, F_y, F_z) in einem Punkt in dem Bauteil (21) treffen.

3. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krafteinleitungseinrichtung (22) zum Einleiten von Kräften und/oder Auslenkwegen das Bauteil (21) auf dessen erster Seite (24) so aufnimmt, dass die Kräftewirklinien durch die Kraftwirkmitte des Bauteils (21) gehen.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momente (M_x, M_y, M_z) so in das Bauteil (21) einleitbar sind, dass sich die Drehachsen (9, 11, 47) der Momente in einem Punkt, insbesondere dem Punkt, in dem sich die Kräftewirklinien treffen, innerhalb des Bauteils (21) schneiden.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Einleiten von Momenten (M_x, M_y, M_z) vorgesehener Teil (23) an dem Bauteil (21) so angreifbar ist oder angreift, dass die Drehachsen (9, 11, 47) durch die Drehwinkelwirkmitte des Bauteils (21) gehen.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Momente (M_x, M_y, M_z) und/oder Drehwinkel (ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z) in das Bauteil (21) an dessen zweiter Seite (44) einleitbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Moment (M_z) und/oder Drehwinkel (ϕ_z) in das Bauteil (21) von dessen erster Seite (24) einleitbar ist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungseinrichtung (22) mit einem Gestänge (17) zum Einleiten der Kräfte (F_x, F_y, F_z) momentenstarr verbindbar oder verbunden ist.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der momenteinleitende Teil (23) und/oder die Krafteinleitungseinrichtung (22) mit einem Schnellverschluss zum schnellen Auswechseln von Bauteilen (21) versehbar oder versehen ist oder sind.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten der Momente (M_x, M_y, M_z) und/oder Drehwinkel (ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z) in das Bauteil (21) eine kardanische Anordnung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kardanische Anordnung die schwenkbare Anordnung von das Bauteil (21) umgebenden kardanischen Haltearmen (42) und/oder kardanischer Rahmen (4, 10, 13) und den momenteinleitenden Teil (23) umfasst.

12. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messeinrichtungen (5) zum Messen der Kräfte (F_x, F_y, F_z) und/oder Momente (M_x, M_y, M_z) und/oder Auslenkwege (s_x, s_y, s_z) und/oder Drehwinkel (ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z) im Bereich der Lasteinleitungen vorsehbar oder vorgesehen sind.

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung (5) eine Mehrachsen-Messdose, insbesondere eine Sechsachsenmessdose, vorgesehen ist.

14. Vorrichtung (1) zum Prüfen eines Bauteils (21) mit einer ersten (24) und einer zweiten Seite (44), insbesondere eines Elastomerlagers, Kugelgelenks, etc., das in zumindest einem Freiheitsgrad beansprucht wird, wobei zumindest eine Belastungseinrichtung zum Einleiten von Kräften (F_x, F_y, F_z) und Momenten (M_x, M_y, M_z) in das Bauteil (21) vorgesehen ist, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (21) in kardanischen Rahmen (4, 10, 13) beweglich angeordnet oder anordbar ist und einer oder mehrere dieser Rahmen als Gehäuse, insbesondere zur Umweltsimulation, ausgebildet oder ausbildbar ist oder sind.

15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein momenteinleitender, kräfteausleitender Teil (23) für das Bauteil (21) mit kardanischen Haltearmen (42) oder dem kardanischen Rahmen (4, 10, 13) starr verbindbar oder verbunden ist.

16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zumindest eine Öffnung (16) zum Durchführen eines Gestänges (17) zum direkten oder indirekten Einleiten von Kräften (F_x, F_y, F_z) und/oder eines Moments (M_z) in das Bauteil (21) aufweist.

17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlußteil zum Anschließen zumindest einer Zuleitung (14) für Prüfmedien, insbesondere Wasser, Schmutzwasser, Wärme, Kälte und andere Medien, an dem Gehäuse vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (17, 20, 36, 38) einer Krafteinleitungseinrichtung (22) rotierbar, insbesondere als um 360° rotierbare Welle, ausbildbar oder ausgebildet ist.

19. Umweltsimulationsgehäuse (13) zur Verwendung mit einer Vorrichtung (1) zum Prüfen eines Bauteils (21) mit einer ersten (24) und einer zweiten Seite (44), insbesondere eines Elastomerlagers, Kugelgelenks, etc., das in zumindest einem Freiheitsgrad beansprucht wird, wobei zumindest eine Belastungseinrichtung zum Einleiten von Kräften (F_x, F_y, F_z) und Momenten (M_x, M_y, M_z) in das Bauteil (21) vorgesehen ist, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umweltsimulationsgehäuse (13) das Bauteil (21) im wesentlichen störungsfrei und dicht umgebend ausbildbar oder ausgebildet und mit Einrichtungen (45) zum beweglichen Anordnen des Umweltsimulationsgehäuses in zumindest einem Rahmen (4, 10) und/oder Haltearmen (42) und/oder Gehäuse der Vorrichtung (1) versehen oder versehbar ist.