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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie
einer Radachse, bestehend aus einem zweiteiligen ringförmigen Gehäuse, in
dem ein zur drehfesten Verbindung mit dem freien Ende der Radachse
vorgesehenes Kupplungselement gelagert ist und aus einer Servoeinrichtung,
durch die das Kupplungselement betätigbar ist.
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Aus
der
DE 100 09 005
A1 ist eine solche Vorrichtung zu entnehmen, die mittels
eines Spannfuttersystems an den Radflansch der Radachse angebracht
werden kann. Das Spannfutter-System besteht dabei aus drei Spannbacken,
die auf die Radachse Haltekräfte
ausüben
und die durch eine Servoeinrichtung, nämlich einem Zylinder und einem
Kolben, die senkrechte zu der Längsachse
der Radachse angeordnet sind, betätigt werden. Die Zustellung der
drei Spannbacken erfolgt demnach derart, dass das freie Ende der
Radachse durch die drei Spannbacken umgriffen werden sollen, so
dass die Vorrichtung fluchtend und senkrecht zu der Radachse ausgerichtet
wird.
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Als
nachteilig bei einer solchen Vorrichtung hat sich herausgestellt,
dass die Spannbacken eine positionsgenaue Ausrichtung und Anbringung
der Vorrichtung an die Radachsen nicht gewährleisten, denn die Spannbacken
werden mitunter ungleichmäßig zugestellt
bzw. die Spannbacken umgreifen die Radachse nicht in der Form, dass
eine positionsgenaue zentrische Ausrichtung der Vorrichtung an der Radachse
vorgenommen werden kann. Dies führt
jedoch nachfolgend zu erheblichen Messfehlern bzw. um diese zu vermeiden,
ist die Vorrichtung erneut abzuziehen und zu positionieren.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung derart weiterzubilden, dass diese zuverlässig und
schnell mit dem freien Ende der Radachse drehfest verbunden werden
kann und dass geringfügige
Toleranzen während
der Positionierung der Vorrichtung an der Radachse bei der Vermessung
der Geometrie der Radachse berücksichtigt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Kupplungselement aus einem Ring besteht, an dem mindestens
zwei axial abstehende Spannarme angeformt sind, durch die ein kegelstumpfartiges
oder konisches Aufnahmelager gebildet ist, dass den Spannarmen ein
Gegenlager zugeordnet ist, durch das die Spannarme zur Arretierung
der Radachse in kraftschlüssiger
Wirkverbindung mit dieser radial verspannbar sind und dass das Kupplungselement
oder die als Gegenlager wirkende Spannhülse durch die Servoeinrichtung
axial verschiebbar ist.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem
Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass das zur Aufnahme und Arretierung vorgesehene Kupplungselement
ein kegelstumpfartiges oder konisches Aufnahmelager aufweist, kann
dieses selbsttätig
an dem freien Ende der Radachse zentriert werden, wenn die Spannarme des
Kupplungselementes radial auf eine Außenfläche oder eine Innenfläche der
Radachse zusammen- bzw. auseinandergedrückt werden. Die derart erzeugte
radial verlaufende Vorspannkraft stützt sich an dem Gehäuse der
Vorrichtung, oder an einer in dem Gehäuse angeordneten Hülse ab,
so dass die Vorrichtung auf einfache und schnelle Art und Weise an
die Radachse bzw. von dieser zuverlässig montiert bzw. demontiert
werden kann.
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Üblicherweise
werden während
der Messung auf die Radachse Kräfte
aufgebracht, die das Schwingverhalten der Radachse in der Praxis
simulieren sollen, so dass die Vorrichtung die Bewegungen der Radachse
nachvollziehen sollte. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einem
Tragegestell abgestützt,
in dem die Vorrichtung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler
Richtung gelagert ist. Die Vorrichtung kann demnach exakt zu der
Radachse ausgerichtet werden und behindert die Bewegungen der Radachse
nicht. Darüber
hinaus ist das Tragegestell am Boden schwimmend angebracht, so dass durch
die Vorrichtung auf die Radachse keine Kräfte ausgeübt werden.
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In
der Zeichnung sind zwei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dargestellt,
die nachfolgend näher
erläutert
werden.
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Im
einzelnen zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie einer Radachse, im
Schnitt,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie einer Radachse, im
Schnitt,
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3 die
Vorrichtung gemäß 1,
die an dem freien Ende der Radachse angebracht ist, in perspektivischer
Ansicht,
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4 die
Vorrichtung gemäß 1,
in perspektivischer Ansicht, und
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5 die
Vorrichtung gemäß 1 in
einem Tragegestell in Verbindung stehend mit einer Messeinheit.
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Aus
den 1 bis 5 kann eine Vorrichtung 1 bzw. 1' zur Bestimmung
der Geometrie einer Radachse 2 entnommen werden, die auf
das freie Ende 3 der Radachse 2 drehfest aufgespannt
wird. Durch die Vorrichtungen 1 bzw. 1' gemäß den 1 und 2 soll
demnach die Spur oder der Sturz der Radachse 2 gemessen
werden und aufgrund der vorliegenden Messergebnisse kann die Radachse 2 derart
eingestellt werden, dass die Spur und der Sturz der Radachse 2 positionsgenau
gemäß eines
vorgegebenen Einstellungswertes ausgerichtet werden.
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Aus 1 wird
ersichtlich, dass die Vorrichtung 1 aus einem zweiteiligen
ringförmigen
Gehäuse 5 und 7 besteht.
Das äußere Gehäuse 5 ist
dabei in einer vorgegebenen Position gehalten. Das innere Gehäuse 7 bewegt
sich relativ zu dem äußeren Gehäuse 5,
so dass zwischen den beiden Gehäusen 5 und 7 ein
Lager 9 angeordnet ist, um das innere Gehäuse 7 drehbar
im Gehäuse 5 abzustützen.
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Das
innere Gehäuse 7 umschließt ein Kupplungselement 11,
das aus einem Ring 12 besteht, an dem zwölf Spannarme 13 angeformt
sind. Die Spannarme 13 bilden in ihrer Gesamtheit ein kegelstumpfartiges
bzw. ein konisch sich verjüngendes Aufnahmelager 31,
das auf das freie Ende 3 der Radachse 2 aufschiebbar
ist. Jede beliebige Anzahl von Spannarmen 13 kann zur Bildung
des Aufnahmelagers 31 vorgesehen sein.
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Im
aufgesetzten Zustand der Vorrichtung 1 auf die Radachse 2 verläuft die
Längsachse 4 der Radachse 2 demnach
fluchtend zu der Längsachse 8 der
Vorrichtung 1. Die Innenseite der Spannarme 13 liegen
auf dem Außenumfang
des freien Endes 3 der Radachse 2 zumindest bereichsweise
an, so dass eine Spannfläche 30 entsteht.
Die auf die Spannfläche 30 einwirkende
radiale Kraft wird dadurch erzeugt, dass die Spannarme 13 durch
eine Servoeinrichtung 14 zunächst axial in das Gehäuse 7 verschoben
werden und dadurch durch dieses radial nach innen gedrückt werden.
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Die
Servoeinrichtung 14 besteht aus einem Zylinder 15 und
einem Kolben 16. In den Zylinder 15 ist ein Druckraum 17 eingearbeitet,
so dass der Kolben 16 aus dem Zylinder 15 in Richtung
auf die Vorrichtung 1 oder umgekehrt verfahren werden kann. Die
Servoeinrichtung 14 ist mittels vier Befestigungsschrauben 18 an
dem äußeren Gehäuse 5 abgestützt und
ortsfest gehalten. Somit verlaufen die Längsachse 4, die Längsachse 8 und
die Längsachse
der Servoeinrichtung 14 fluchtend zu einander.
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Um
nunmehr die von der Servoeinrichtung 14 ausgeübte Zustellkraft
auf das Kupplungselement 11 zu übertragen, ist ein als Platte 27 ausgebildetes Zwischenglied
vorgesehen, das über
vier Befestigungsschrauben 18 an dem Ring 12 des
Kupplungselementes 11 befestigt ist. Zur zusätzlichen
Kraftübertragung
ist zwischen dem Ring 12 und der Platte 27 jeder
Befestigungsschraube 18 eine Abstandshülse 22 zugeordnet,
so dass der Abstand zwischen dem Ring 12 und der Platte 27 permanent
konstant gehalten wird und die axial wirkende Zustellkraft auch durch
die Abstandshülsen 22 aufgenommen
wird.
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Die
Innenkontur des inneren Gehäuses 7 ist bereichsweise
konisch ausgebildet, und zwar derart, dass sich der Durchmesser
des Gehäuses 7 von
dem Bereich des freien Endes 3 der Radachse 2 ausgehend
in Richtung des Ringes 12 verjüngt. Wird demnach durch die
Servoeinrichtung 14 eine in Richtung der Längsachsen 4 bzw. 8 ausgerichtete
Vorspannkraft über
die Platte 27 auf den Ring 12 ausgeübt, verschiebt
sich das gesamte Kupplungselement 11 in Richtung der Radachse 2,
so dass die Spannarme 13 zumindest bereichsweise aus dem
inneren Gehäuse 7 herausgedrückt werden,
so dass sich diese aufweiten können.
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In
dieser Einstellung kann demnach die Vorrichtung 1 auf das
freie Ende 3, also die Radnabe der Radachse 2,
aufgesteckt werden. Die drehfeste Arretierung des Kupplungselementes 11 mit
dem freien Ende 3 der Radachse 2 erfolgt derart,
dass die Servoeinrichtung 14 von der Platte 27 abgehoben
wird, also keine Zustellkraft auf das Kupplungselement 11 ausgeübt wird.
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An
dem inneren Gehäuse 7 ist
ein T-förmig ausgebildeter
Haltebolzen 19 angebracht, dessen Kopf als Anschlag für eine Vielzahl
von Druckfedern 20 dient, die sich mit ihrem gegenüberliegenden Ende
an der Innenseite des Ringes 12 abstützen. Durch das Lösen der
Servoeinrichtung 14 übt
nunmehr das Federpaket 20 auf den Ring 12 und
damit auf die Spannarme 13 eine in Richtung der Servoeinrichtung 14 wirkt
Kraft aus, so dass das Kupplungselement 11 und damit die
Spannarme 13 in das Innere des Gehäuses 7 verfahren werden.
Aufgrund der konischen Ausbildung des Gehäuses 7 und der konischen
Außenkontur
der Spannarme 13 wird eine radial wirkende Vorspannkraft
erzeugt, die auf die Spannfläche 30 einwirkt.
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Durch
diese Art der Verspannung wird gewährleistet, dass das Kupplungselement 11 selbstzentrierend
auf das freie Ende 3 der Radachse 2 aufsetzbar
und verspannbar ist, so dass, wenn überhaupt, nur geringfügige Abweichungen
in Bezug auf die Positionierung der Vorrichtung 1 zu der
Radachse 2 vorliegen.
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In 2 wird
ein andersartiges Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung 1' dargestellt,
dessen Zustellkraft mechanisch in umgekehrter Art und Weise aufgebracht
wird, nämlich
derart, dass die Servoeinrichtung 14 währende die Vorrichtung 1' auf dem freien
Ende 3 der Radachse 2 verspannt gehalten ist, permanent
auf das Kupplungselement 11 einwirkt.
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Für die axiale
Verschiebung und für
die radiale Verspannung des Kupplungselementes 11 ist daher
eine im Gehäuse 7 angeordnete
als Gegenlager wirkende Spannhülse 21 vorgesehen,
die in dem Gehäuse 7 axial
verschiebbar gehalten ist. Die Spannhülse 21 ist über vier
Befestigungsschrauben 18 sowie über die den Befestigungsschrauben 18 zugeordneten
Abstandhaltern 22 mit der Platte 27 verbunden.
Auf der Außenseite
der Platte 27 ist ein Lager 28 angebracht, auf
das der Kolben 16 der Servoeinrichtung 14 einwirkt.
Folglich werden Axialkräfte
von dem Kolben 16 auf das Lager 28 übertragen;
gleichzeitig herrscht zwischen der Oberfläche des Kolbens 16 und
dem Außenring
des Lagers 28 eine ortsfeste Verbindung und Rotationen
des Gehäuses 7 und
der Spannhülse 21,
um die Längsachse 8,
also eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung 1' und der Servoeinrichtung 14,
werden über
das Lager 28 aufgenommen.
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Wird
nunmehr durch die Servoeinrichtung 14 eine axial verlaufende
Haltekraft über
das Lager 28 auf die Platte 27 aufgebracht, wird
die Spannhülse
in Richtung der Radachse 2 aus dem Gehäuse 7 verschoben,
so dass eine radial wirkende Haltekraft entsteht, die dazu führt, dass
die Spannarme 13 auf die Spannfläche 30 aufgedrückt werden.
Das Kupplungselement 11 bewegt sich daher bei dieser Ausführungsvariante
nicht im Gehäuse 7,
sondern wird ausschließlich
die Spannhülse 21 axial
verfahren.
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Um
die Vorrichtung 1' zuverlässig an
der Radachse 2 zu verspannen, ist es notwendig, dass die
Servoeinrichtung 14 permanent eine bestimmte Haltekraft
ausübt.
Sobald die Servoeinrichtung 14 von dem Lager 28 gelöst wird,
wird die Spannhülse 21 in
das Gehäuse 7 durch
die Federn 20 gedrückt, so
dass die radial wirkende Vorspannkraft auf die Spannarme 13 gelockert
wird, und die Vorrichtung 1' von
dem freien Ende 3 der Radachse 2 abgenommen werden
kann. Das Kupplungselement 11 bewegt sich demnach im Gehäuse 7 nicht;
die Spannhülse 21 wird
zur Erzeugung der radial auszuübenden
Spannkraft axial verfahren.
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Die
Federn 20 sind zu diesem Zweck zwischen der Innenseite
der Platte 27 und der Spannhülse 21 angeordnet.
Die Spannhülse 21 ist
dabei U-förmig
ausgebildet und verläuft
mit einem Schenkel parallel zu dem Ring 12 des Kupplungselementes 11 und
senkrecht zu der Längsachse 8.
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Beiden
Ausführungsbeispielen
der 1 und 2 ist gemeinsam, dass aufgrund
der vorgegebenen geometrischen Ausbildung sowie der gewählten Konizität des Gehäuses 7 bzw.
der Spannhülse 21 und
der damit korrespondierenden Außenkontur
der Spannarme 13 sowie der ausgewählten Kraft, die durch die
Federn 20 erzeugt wird, ein vorgegebener Haltekraftspannwert,
der radial auf die Spannfläche 30 einwirkt,
erzeugbar ist.
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Aus
den 3 bis 5 kann entnommen werden, dass
die Vorrichtung 1 bzw. 1' dazu dient, die Spur und den Sturz
der Radachse 2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist an dem
Gehäuse 5 über Befestigungsschrauben 18 eine
Messscheibe 10 abgestützt.
Die Radachse 2 wird vertikal belastet. Diese Kräfte sollen
die in der Realität
vorherrschenden Schwingkräfte
simulieren. Zur Vermessung der Radachse 2 wird diese in
bestimmte Winkelschritte gedreht, so dass über eine der Vorrichtung 1 bzw. 1' zugeordnete
Messeinrichtung 26, die eigenständig über ein Haltegestell 29 abgestützt ist,
mit der Messscheibe 10 kommuniziert. Beispielsweise über Laserstrahlen
wird die Messscheibe 10 in den jeweiligen Messpunkten vermessen,
so dass die Geometrie der Radachse 2 bestimmbar ist. Die
möglicherweise
vorherrschende Unwucht der Radachse 2 wird dabei auf das Gehäuse 5 und
damit auf die Messscheibe 10 übertragen, da das Gehäuse 5 drehbar
am Traggestell gehalten ist und dieses schwimmend gelagert ist,
so dass sämtliche
Bewegungen der Radachse 2 auf das Gehäuse 5 und folglich
auf die Messscheibe 10 übertragen
werden.
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Um
Messfehler durch die Positionierung der Vorrichtung 1 bzw. 1' auf der Radachse 2 auszuschließen oder
zu berücksichtigen,
sind in dem Gehäuse 5 drei
Messsensoren 25 vorgesehen, so dass die Ausrichtung der
Vorrichtung 1 bzw. 1' in Bezug auf die Radachse 2 ermittelbar
ist. Die u.U. auftretenden Positionsungenauigkeiten können entweder
dadurch behoben werden, dass die Vorrichtung 1 bzw. 1' erneut ausgerichtet
wird und dann keine weiteren Positionsungenauigkeiten vorliegen
oder aber die ermittelten Positionsungenauigkeiten werden bei der Messung
der Spur und des Sturzes über
die Messscheibe 10 berücksichtigt.
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Insbesondere 4 kann
entnommen werden, dass die Vorrichtung 1 oder 1' um eine Querachse 23 verschwenkbar
ist, so dass die Vorrichtung 1 oder 1' jede Bewegung
der Radachse 2 mitverfolgt, ohne dabei Gegenkräfte auf
die Radachse 2 auszuüben.
Die Querachse 23 verläuft
durch das Zentrum 24 der ringförmigen Spannfläche 30,
um Kippmomente gering zu halten.
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Die
Vorrichtung 1 bzw. 1' kann durch einen Absteckzylinder 33 auf
eine definierte Nulllage während
der Betriebnahme positioniert werden.
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5 kann
entnommen werden, dass das Tragegestell 6 horizontale Bewegungen
durchführen kann,
um jeder Bewegung der Radachse folgen zu können. Das Tragegestell 6 kann
mit einem Absteckbolzen 32 in einer definierten Nulllage
fixiert werden.