DE102005033620B4

DE102005033620B4 - Messvorrichtung für Stossdämpfer

Info

Publication number: DE102005033620B4
Application number: DE102005033620.5A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Arnold; Helmut Post
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: DE102005033620A1

Abstract

Messvorrichtung für Stossdämpfer (45) zur Dokumentation von Stossdämpferreaktionen auf Impulsbelastungen, wobei: – die Messvorrichtung (1) einen starren Rahmen (3) aufweist, der einen Impulsgeber (4) und Halterungen (5, 6) für den zu prüfenden Stossdämpfer (45) aufweist, – wobei der Impulsgeber (4) derart in Bezug auf den Rahmen (3) angeordnet ist, dass seine Impulse den Stossdämpfer (45) in Richtung seiner Längsachse (7) belasten, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (4) einen Linearantrieb (8) mit mindestens zwei Linearmotoren (10, 12) aufweist, deren Primärteile (14, 16) an dem Rahmen (3) fixiert sind und deren Sekundärplatten (18, 20) auf einem Stößelblock (25) fixiert sind, der auf den Stoßdämpfer (45) einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für Stoßdämpfer zur Dokumentation von Stoßdämpferreaktionen auf Impulsbelastungen. Eine derartige Messvorrichtung weist einen starren Rahmen auf, der einen Impulsgeber und Halterung für den zu prüfenden Stoßdämpfer aufweist. Der Impulsgeber ist derart in Bezug auf den Rahmen angeordnet, dass sein Impuls den Stoßdämpfer in Richtung seiner Längsachse belastet. Dazu weisen die bekannten Messvorrichtungen die unterschiedlichsten Impulsgeber auf.
Aus der Druckschrift EP 0 202 036 A2 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Qualifikation von Stoßdämpfern eines Motorfahrzeugs bekannt, bei dem mindestens ein Rad des Fahrzeugs auf einen geeigneten Träger gesetzt wird und die Kraft im Ruhezustand, die auf den zu dem Rad gehörenden Stoßdämpfer wirkt, gemessen wird. Anschließend wird das Rad in Schwingungen versetzt und die Chassis-Resonanzfrequenz sowie andere Eigenfrequenzen der Radaufhängung ermittelt. Danach wird das Rad in unterschiedliche Schwingungszustände versetzt, um die Wirksamkeit der Stoßdämpfer zu klassifizieren.
Aus der Druckschrift US 3 792 604 A ist ein Testverfahren bekannt, bei dem ebenfalls der Impuls über mindestens ein Rad eines Kraftfahrzeugs auf den Stoßdämpfer übertragen wird. Dazu wird das eine Rad des Fahrzeugs angehoben, und anschließend wird das Rad aus einer vorbestimmten Höhe mit samt der Radaufhängung fallengelassen, so dass ein einmaliger Vorimpuls auf den Stoßdämpfer einwirkt und das Federmassesystem aus Stoßdämpfer, Radaufhängung und Fahrwerkfeder gemessen und beurteilt werden kann. Derartige Messvorrichtungen für Einzelradaufhängung haben den Nachteil, dass die Stoßdämpfer nur im Zusammenwirken mit Fahrzeugteilen und Radaufhängungen geprüft werden können.
Eine elektromagnetische Einrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von insbesondere Schraubenfedern ist aus der Druckschrift DD 2 16 317 A1 bekannt. Im Vergleich mit der Erfindung besteht diese Einrichtung jedoch aus einer mittig zwischen Schraubenfedern angeordneten veränderlichen Masse, welche gleichzeitig den Anker für einen elektromagnetischen Antrieb mit Steuer- und Regeleinheit bildet und mit axial verstellbaren Lagerböcken in Wirkverbindung steht.
Aus der Druckschrift EP 0 751 387 B1 ist eine Vorrichtung zur gleichartigen Prüfung mehrerer Luftfedern bekannt, die an ihren Endplatten eingespannt und an ihrem Kolben einer variablen Prüfbelastung unterworfen sind. Die Luftfedern werden in ihrer Längsrichtung und quer dazu Belastungen unterworfen. Zur Erzeugung der Belastungskräfte weist die bekannte Vorrichtung einen Hydraulikzylinder auf.
Schließlich ist aus der Druckschrift JP 2003-28 750 A eine Vorrichtung zur Prüfung von Stoßdämpfern bekannt, die als Impulsgeber ein Konvertermittel aufweist, das Drehbewegungen in lineare Bewegungen konvertiert. Derartige Exenterantriebe enthaltende Vorrichtungen sowie deren Nachteile werden nachfolgend beschrieben.
Um Impulse schwingender Belastungen auf den Stoßdämpfer während der Messung zu übertragen, verfügen Messvorrichtungen herkömmlicher Systeme über Exzenterantriebe. Dabei wird über die variabel einstellbare Drehzahl des Exzenterantriebs die Charakteristik des Stoßdämpfers bei unterschiedlichen Impulsfolgen für unterschiedliche Geschwindigkeiten ermittelt. Derartige Exzenterantriebe haben den Nachteil, dass die Einstellung des Exzenterhubs manuell erfolgen muss und demnach nur im Stillstand der Maschine vorgenommen werden kann.
Ein weiterer Nachteil ist bei herkömmlichen Maschinen, bei denen die Impulsanregung durch Exzenterantriebe verwirklicht wird, dass derartige Messvorrichtungen einem hohen Verschleiß unterliegen und somit hohe Instandhaltungs- und Wartungskosten erforderlich sind. Selbst bei einer speziell entwickelten Kurbelschleifen-Kulissenmechanik ist der natürliche Verschleiß erheblich und die manuelle Hubverstellung zeitraubend. Eine Automatisierung herkömmlicher Messvorrichtungen und der Messvorgänge ist mit derartigen Mess- und Prüfvorrichtungen nur in äußerst begrenztem Maße möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Messvorrichtung für Stoßdämpfer zu schaffen, bei der die Stoßdämpfer-Charakteristika voll automatisch ermittelt werden können, ohne dass es zu erheblichen Stillstandszeiten, beispielsweise bei der Hubverstellung oder durch häufige Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten kommt.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Messvorrichtung für Stoßdämpfer zur Dokumentation von Stoßdämpferreaktionen auf Impulsbelastungen zur Stoßdämpfercharakterisierung geschaffen. Die Messvorrichtung weist einen starren Rahmen auf, der einen Impulsgeber und Halterungen für den zu prüfenden Stoßdämpfer aufweist. Der Impulsgeber ist derart in Bezug auf den Rahmen angeordnet, dass seine Impulse den Stoßdämpfer in Richtung seiner Längsachse belasten. Dazu weist der Impulsgeber einen Linearantrieb auf.
Eine derartige Messvorrichtung, die auf einem Impulsgeber aus eifern Linearantrieb basiert, hat den Vorteil, dass der gesamte Messvorgang einschließlich der Hubverstellung automatisierbar ist. Die Verstellung oder Anpassung des Hubs an vorgegebene Belastungsprotokolle können vollautomatisch ablaufen und können vorprogrammiert werden. Darüber hinaus ermöglicht der Linearantrieb im Gegensatz zu Exzenterantrieben einen nahezu verschleißfreien Betrieb, so dass Wartungs- und Instandhaltungszeiten auf ein Minimum begrenzt werden können. Des Weiteren kann die Impulsfolge beliebig erhöht werden und sämtliche Lastzustände, die für die Stoßdämpfercharakterisierung durchzufahren sind, können mit Hilfe des Linearantriebs in nahezu idealer Weise durchgeführt werden.
Während bei herkömmlichen Linearantrieben für Werkzeugmaschinen, beispielsweise für Fräsmaschinen, ein Schlitten, welcher den Primärteil des Linearantriebs aufnimmt, durch sein Eigengewicht die Abstoßungskräfte zwischen stromdurchflossenem Primärteil und Permanentmagneten des linearen schienenförmigen Sekundärteils kompensiert und somit für ein Schweben über dem Sekundärteil sorgt, so dass nur für den Notfall Auffanglager erforderlich sind, besteht das Problem bei dem Einsatz von Linearantrieben zur vertikalen Impulsgabe auf entsprechende Stoßdämpferprüflinge darin, dass praktisch der Linearantrieb durch die Abstoßungskräfte zwischen stromdurchflossenem Primärteil und den Permanentmagneten des Sekundärteils auseinander fliegen würde.
Um dennoch einen wirksamen Spalt zwischen Primärteil und Sekundärteil im Submillimeterbereich aufrecht zu erhalten, wird bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit vertikalem Linearantrieb nicht der Primärteil als Schlitten bewegt, sondern der Sekundärteil bewegbar gehalten, so dass der Sekundärteil die Impulsübertragung auf den Stoßdämpfer sicherstellt. Dennoch müsste der bewegbare Sekundärteil gegenüber dem steifen Rahmen beweglich gelagert werden, um die Abstoßungskräfte zwischen stromdurchflossenem Primärteil und Sekundärteil aufzufangen. Eine vollständige Aufnahme der Abstoßungskräfte durch eine entsprechende gleitverschiebliche Führung des Sekundärteils am Rahmen einer Messvorrichtung würde jedoch den Vorteil von Linearantrieben, nämlich nahezu verschleißfrei zu arbeiten, wieder aufheben.
Deshalb wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dieses Problems nicht ein einzelner Linearmotor als Linearantrieb eingesetzt, sondern in einer Ausführungsform der Erfindung werden mindestens zwei Linearmotoren, die paarweise gegenüber liegend angeordnet sind, verwendet. Bei einem vertikalen Linearantrieb mit zwei paarweise gegenüber liegend angeordneten Linearmotoren kann jedoch eine minimale Störung dazu führen, dass die zu einem bewegbaren Stößelblock zusammengefügten beiden Sekundärteile seitlich ausweichen können. Dagegen ist erfindungsgemäß eine seitliche Führung vorgesehen, welche die minimalen seitlichen Kräfte kompensiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Linearantrieb mindestens drei Linearmotoren auf, wobei die Sekundärteile derart angeordnet sind, dass sie ein gleichschenkliges Dreieck bilden. In einem derartigen gleichschenkligen Dreieck kompensieren sich die Abstoßungskräfte gegenseitig, so dass die zu einem im Querschnitt dreieckigen Stößelblock zusammengefügten Sekundärteile von drei Linearmotoren durch ihre Primärteile zentriert werden können und somit ohne zusätzliche Führungselemente eine vertikale Bewegung unter Einhaltung eines minimalen Spaltes zwischen den Primärteilen und den Sekundärteilen ausüben können.
Lediglich für einen Notlauf wird mit entsprechenden Gleitführungen ein Stößelblock in einer vorher definierten zentrierten Lage gehalten. Für den normalen Betrieb wären diese Führungselemente für eine Gleitverschieblichkeit des Sekundärteilblocks überflüssig und ihre Notlaufeigenschaften sind lediglich in der Anlaufphase und Abstellphase gefordert, wenn das gesamten System den zentrierten Betrieb aufnimmt bzw. beendet. Somit ergibt sich ein minimaler Verschleiß, und gleichzeitig ergeben sich langfristige Wartungsintervalle.
In dieser weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist somit der Linearantrieb mindestens drei Linearmotoren auf, deren Primärteile am Rahmen fixiert sind und deren Sekundärplatten auf Mantelflächen eines Stößelblocks mit an die Anzahl der Linearmotoren angepasstem polygonalem Querschnitt angeordnet sind. Dabei weist der Stößelblock ein freies unteres Ende auf und ist mit seinem oberen Ende mit dem Stoßdämpfer in Eingriff bringbar. Die Längskanten des Stößelblocks hingegen stehen mit Längsführungselementen des Rahmens in Wirkverbindung. Diese Wirkverbindung ist jedoch nur im Notlauf des Antriebs in Funktion.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung hat somit die nachfolgenden Vorteile:

1. die Beschaffungskosten sind äußerst gering;
2. die einzelnen Elemente treten mechanisch praktisch nicht in Wechselwirkung, so dass der Verschleiß nahezu vernachlässigbar ist;
3. manuelle Einstellungen an den mechanischen Elementen entfallen vollständig, soweit es den Messbetrieb betrifft. Lediglich der Einbau der unterschiedlichen Prüflinge erfordert bei nicht vollautomatischer Bestückung eines Messautomaten für Stoßdämpfer manuelle Eingriffe;
4. aufgrund des vernachlässigbaren Verschleißes treten keine Wartungskosten auf;
5. da alle Prüfprogramme und Vorgaben durch einen Mikroprozessor erfolgen können, ist die Messvorrichtung hoch flexibel in Bezug auf Messprogramme, die zur Stoßdämpfercharakterisierung zu fahren sind;
6. aufgrund des Linearantriebs und der Einleitung der Impulse über Sekundärteile von Linearmotoren ist eine beliebige Hubeinstellung auch während des Messbetriebs möglich;
7. es können unterschiedliche Fahrkurven und Geschwindigkeitsprofile in kürzester Messzeit durchgeprüft werden;
8. das System hat eine vernachlässigbare Reibung und weist geringe bis keine Hysterese-Verluste auf;
9. bei der Impulsumkehr muss nicht wie bei mechanischen Exzenterantrieben mit einem Umkehrspiel gerechnet werden;
10. auch Stoßdämpfer mit Niveaulift sind mit dem Linearantrieb einfacher prüfbar; und
11. auch Stoßdämpfer mit CDC-Systemen einschließlich Elektronik sind mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung unter Verwendung eines Linearantriebs als Impulsgeber prüfbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Längsführungselemente des Rahmens für den Stößelblock Rollenlager auf, die sich an dem Rahmen abstützen und die Längskanten des Stößelblocks beim Notlauf führen. Dieses hat den Vorteil, dass Rollenlager preiswert und beabstandet zu den Längskanten präzise angeordnet werden können.
Vorzugsweise sind mindestens zwei Lager pro Längskante des Stößelblocks vorgesehen. Zwei derartige Rollenlager pro Längskante sind nur dann ausreichend, wenn die Länge einer Längskante des Stößelblocks auf den Abstand zwischen den beiden Rollenlagern abgestimmt ist. Somit entspricht vorzugsweise die Länge einer Längskante des Stößelblocks mindestens dem Abstand zwischen den beiden Rollenlagern plus dem vorgesehenen Hub des Stößelblocks.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Stößelblock ein aus Platten zusammengesetzter Hohlblock. Dabei sind die Mantelflächen der Platten auf die Breite der Sekundärteile der Linearmotoren abgestimmt. Wie oben bereits erwähnt, weist bei zwei Linearmotoren der Querschnitt des Stößelblocks ein Rechteck auf. Bei drei Linearmotoren weist der Querschnitt des Stößelblocks ein gleichseitiges Dreieck auf. Werden zwei oder vier Linearmotoren eingesetzt, so weist der Stößelblock vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt auf und werden sechs Linearmotoren eingesetzt, so ist der Querschnitt des Stößelblocks ein gleichseitiges Hexagon.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung besteht jedoch nicht nur aus dem Impulsgeber mit Linearantrieb, sondern weist für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine vertikale Messsäule auf mit einem vertikalen starren Rahmen, der in seinem unteren Bereich den Linearantrieb aufweist und in seinem oberen Bereich Halterungen zum Anbringen des zu prüfenden Stoßdämpfers in vertikaler Ausrichtung seiner Längsachse besitzt. Dazu ist der Prüfling zwischen einer Halterung an einem oberen Ende des Stößelblocks des Linearantriebs und an einer Halterung eines Kraftmessaufnehmers angeordnet, wobei der Kraftmessaufnehmer im oberen Bereich des Rahmens fixiert ist. Über diesen Kraftmessaufnehmer werden die Reaktionen des Stoßdämpfers auf die Impulsgabe durch den Linearantrieb gemessen.
Um in der Messsäule Stoßdämpfer unterschiedlicher Länge und von unterschiedlichen Fabrikaten zu prüfen, besteht nicht nur die Möglichkeit, die Halterungen an den jeweiligen Stoßdämpfertyp anzupassen, sondern auch die Möglichkeit durch eine höhenverstellbare Konsole oberhalb des Kraftmessaufnehmers die vertikale Messsäule an unterschiedliche Längen der Stoßdämpfer anzupassen.
Diese Konsole muss jedoch nicht den Hub oder eine Hubverstellung beeinflussen, sondern die Hubverstellung kann während des Messbetriebs mit Hilfe entsprechender Anregungen der Primärteile der Linearmotoren variiert werden. Der Linearantrieb stützt sich im unteren Bereich des Rahmens mit seinem unteren Ende auf einem pneumatischen Gewichtskompensationselement in Ruhestellung ab.
Die an dem starren Rahmen der Messsäule fixierten Primärteile der Linearmotoren weisen Kupferwicklungen auf, die bei Betrieb stromversorgt sind. Insofern hat die Messsäule im Gegensatz zu anderen Werkzeugmaschinen den Vorteil, dass die Stromzuführungen zu den Primärteilen ebenfalls starr sein können und keine beweglichen Übergänge zu den Primärteilen, wie sie bei Werkzeugmaschinenschlitten erforderlich sind, bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung vermieden werden, weshalb mit einer hohen Lebensdauer dieser Messvorrichtung gerechnet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Spalt zwischen den Primärteilen der Linearmotoren und den Sekundärplatten des Stößelblocks kleiner als 0,5 mm und die Konsole zur Höhenverstellung bzw. Anpassung an die Längen unterschiedlicher Stoßdämpfertypen beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bis zu 500 mm.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene schematische Prinzipskizze einer Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Detail der Messvorrichtung gemäß 1 entlang der Schnittlinie B-B der 3;
3 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A in 2;
4 zeigt schematisch ein Detail einer Messvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entlang der Schnittlinie D-D der 5;
5 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie C-C der 4.
1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene schematische Prinzipskizze einer Messvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Messvorrichtung 1 ist in einer Messsäule 52 untergebracht. Die Messsäule 52 verfügt über eine Bodenplatte 53, einen starren Rahmen 3, der auf der Bodenplatte 53 fixiert ist und einen Abschlussdeckel 54. Im unteren Bereich 43 des starren Rahmens 3 ist ein Linearantrieb 8 aus vier Linearmotoren als Impulsgeber 4 angeordnet. In 1 sind von den 4 Linearmotoren die Linearmotoren 9, 10 und 12 gezeigt, wobei die Linearmotoren 10 und 12 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Ihre Primärteile 14 und 16 sind an dem starren Rahmen 3 über Halterungen fixiert. Somit können die Primärteile ohne bewegliche elektrische Zuführungen mit Strom versorgt werden. Von den Primärteilen der vier Linearmotoren 9 bis 12 ist in dieser Figur nur das Primärteil 13 des Linearmotors 9 in Draufsicht zu sehen.
Die Sekundärteile der Linearmotoren 9, 10 und 12 sind in Form von Sekundärplatten 17, 18 und 20 auf Mantelflächen 21, 22 und 24 eines aus Platten zusammengefügten Stößelblocks 25 angeordnet. Die Sekundärteile der Linearmotoren 9, 10 und 12 sowie dem nicht zu sehenden Linearmotor 11 bestehen aus Hochleistungspermanentmagneten, die in einem fixen Rastermaß, ähnlich einer Zahnstange, aneinander gereiht sind. Die an dem starren Rahmen 3 fixierten Primärteile enthalten Motorspulen, die über einen frequenzgetakteten Servoverstärker bestromt werden. Da die Linearmotoren 9 bis 12 in einem geschlossenen Regelkreis betrieben werden und als Kopplungssignale die Weginformation auswerten, folgt die Hubbewegung der Linearmotoren in dieser Anordnung jeweils den vorgegeben Sollwertpositionen. Somit ist es möglich, den Hub h beliebig zu variieren und an die Messerfordernisse für den im oberen Bereich 44 angeordneten und zu messenden Prüfling 45 anzupassen.
Da die Permanentmagnete der Sekundärplatten 17 bis 20 eine senkrecht zur jeweiligen Motorlängsachse wirkende Magnetkraft erzeugen, wird diese bei der erfindungsgemäßen Konstruktion von Halterungen des starren Rahmens 3 aufgenommen, ohne dass Reibungskräfte und damit Verschleiß entsteht. Vielmehr wird ein Magnetspalt in der Größenordnung < 0,5 mm eingehalten, obwohl Magnetkräfte von bis zu mehreren kN bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messvorrichtung 1 auftreten. Durch die paarweise einander gegenüberliegenden Anordnung der Linearmotoren 9 bis 12 werden die Magnetkräfte, die eventuell noch abzufangen wären, auf ein Minimum begrenzt. Im Prinzip werden die Magnetkräfte vollständig durch den starren Rahmen 3 kompensiert, so dass theoretisch keinerlei Kräfte auf die mechanische Linearführung, außer in vertikaler Bewegungsrichtung, wirken.
Das mechanische Linearführungssystem übernimmt somit vorrangig die sichere Lagefixierung des Stößelblocks 25 und hält die Magnetspalte in einer Größenordnung zwischen 0,3 mm und 0,5 mm konstant. Neben der Linearführung durch die Linearmotoren 9 bis 12 sind für den Notlauf Rollenführungen in Form von Rollenlagern 37 und 38 im oberen Bereich der Linearmotoren 10 und 12 und Rollenlager 41 und 42 im unteren Bereich der Linearmotoren 10 und 12 vorgesehen. Diese Rollenführungen 37 und 38 bzw. 41 und 42 stehen in Wirkverbindung mit den Längskanten 29 bzw. 30 des Stößelblocks 25 und greifen nur dann, wenn Fertigungstoleranzen der Permanentmagnete bzw. Toleranzen des Magnetspalts sowie Querkräfte der Prüflingsanordnung zu kompensieren sind.
Das untere freie Ende 27 des Stößelblocks stützt sich auf einem pneumatischen Gewichtskompensationselement 49 beim Stillstand im unteren Bereich 43 der Messvorrichtung 1 ab. Das obere Ende 28 des Stößelblocks 25 weist eine Halterung 5 auf, in die ein Ende des Prüflings in Form eines Stoßdämpfers 45 montierbar ist. Somit wird der von den Linearmotoren 9, 10 und 12, die in dieser Darstellung sichtbar sind, erzeugte Impuls direkt auf die Längsachse 7 des Stoßdämpfers 45 übertragen.
Das andere Ende des Stoßdämpfers 45 ist in einer oberen Halterung 6 fixiert, die auf einem Kraftmessaufnehmer 46 angeordnet ist. Der Kraftmessaufnehmer 46 hängt an einer Konsole 48, die eine Höhenverstellung v von bis zu 500 mm zulässt. Mit Hilfe dieser Konsole kann die Messvorrichtung 1 an unterschiedliche Längen 1 unterschiedlicher Stoßdämpfertypen 45 angepasst werden. Die höhenverstellbare Konsole 48 im oberen Bereich 44 der Messsäule 52 ist ihrerseits an das obere Ende 47 des Rahmens 3 mit dem Abschlussdeckel 54 fixiert.
Alternativ kann die Messvorrichtung zwei, drei oder vier Linearmotoren aufweisen, wobei der Effekt der Magnetkraftkompensation in allen drei Fällen genutzt wird. Mit dieser Messsäule 52 kann unter Einsatz eines elektrischen Linearantriebs 8 eine Automatisierung des gesamten Messvorgangs durchgeführt werden, zumal manuelle Einstellungen nicht mehr erforderlich sind. Das lineare Antriebssystem 8 arbeitet nahezu verschleißfrei und ermöglicht PC-gesteuerte Programme zur Bestimmung der Charakteristik von Stoßdämpfern 45 vorzugeben. Ferner gestattet dieser Linearantrieb 8 während des Prüflaufs beliebige Hübe h und Geschwindigkeiten vorzugeben.
2 zeigt schematisch ein Detail der Messvorrichtung gemäß 1 entlang der Schnittlinie B-B der 3. In diesem Detail ist zu erkennen, dass die Länge L des Stößelblocks 25 so gewählt wird, dass sie einmal den Abstand a zwischen zwei Rollenlagern 39 und 41 plus dem Hub h einschließlich der in 1 gezeigten Höhenverstellung v aufweist, um sicherzustellen, dass die Längskanten 29 und 30 im Notlauf sicher geführt werden können. In dieser Detailansicht der Erfindung wird ferner deutlich, dass drei Linearmotoren gezeigt werden, nämlich die Linearmotoren 10 und 12 im Schnittbild und der Linearmotor 9 in der Draufsicht. Ferner sind die Halterungen 50 und 51 für die Rollenlager 31 und 41 bzw. 38 und 42 teilweise quergeschnitten. Ein detaillierteres Bild der Anordnung der Linearmotoren zeigt die Schnittebene A-A in der nachfolgenden Figur.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A der 2. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist der Linearantrieb 8 vier Linearmotoren 9, 10, 11 und 12 auf. Jeder Linearmotor weist einen Primärteil 13, 14, 15 und 16 und eine Sekundärplatte 17, 18, 19 und 20 auf. Auf den Mantelflächen 21, 22, 23 und 24 eines Stößelblocks 25 mit gleichseitigem polygonalen Querschnitt 26 sind die vier Sekundärplatten 17, 18, 19 und 20 fixiert, so dass der Stößelblock 25 gehoben und gesenkt werden kann, wenn durch die Primärteile 13, 14, 15 und 16 ein entsprechender Impulsstrom fließt.
Zwischen den Primärteilen 13, 14, 15 und 16 und den Sekundärplatten 17, 18, 19 und 20 verbleibt ein Magnetspalt 55 in der Größenordnung von 0,3 mm bis 0,5 mm, wobei sich die magnetischen Kräfte in der Größenordnung von mehreren kN in Richtung der Pfeile E, F, G und H gegenseitig kompensieren, so dass die Längskanten 29, 30, 31 und 32 des Stößelblocks 25, die durch Längsführungselemente 33, 34, 35 und 36 mit entsprechenden Rollenlagern 37, 38, 39 und 40 gestützt werden, im Prinzip keine magnetischen Kräfte aufnehmen müssen. Lediglich Fertigungstoleranzen der Sekundärplatten 17, 18, 19 und 20 sowie Fertigungstoleranzen der Primärteile 13, 14, 15 und 16 können leichte Querkräfte verursachen, die von diesen Rollenlagern 37, 38, 39 und 40 ausgeglichen werden. Während die Primärteile 13, 14, 15 und 16 an dem starren Rahmen 3 fixiert sind, kann sich der Stößelblock 25, angetrieben durch die Sekundärplatten 17, 18, 19 und 20, senkrecht zur gezeigten Bildebene bewegen und Impulse auf die Längsachse 7 des hier nicht gezeigten Stoßdämpfers ausüben.
4 zeigt schematisch ein Detail einer Messvorrichtung 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entlang der Schnittlinie D-D der 5. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Die zweite Ausführungsform gemäß 4 und 5 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 dadurch, dass lediglich zwei Linearmotoren 10 und 12 als Linearantrieb 8 eingesetzt werden. Dazu sind die Linearmotoren 10 und 12 gegenüberliegend zu dem Stößelblock 25 angeordnet, wobei der Stößelblock 25 nur auf zwei gegenüberliegenden Mantelflächen 22 und 24 Sekundärplatten 18 und 20 aufweist. Seitliche Ausweichbewegungen aufgrund von Einspanntoleranzen und Fertigungstoleranzen des Stoßdämpfers 45 oder von Fertigungstoleranzen der Linearmotoren 10 und 12 und den Halterungen der nicht gezeigten Primärteile und den Mantelflächen 22 und 24 des Stößelblocks 25 werden von den Rollenlagern 37, 38, 41 und 42 verhindert.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie C-C der 4. Dieser Querschnitt zeigt, dass zwei Linearmotoren 10 und 12 mit den am starren Rahmen 3 fixierten Primärteilen 14 und 16 und den vertikal beweglichen Sekundärplatten 18 und 20 den Linearbetrieb 8 der Messvorrichtung 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bilden. Dazu stehen die Linearmotoren 10 und 12 paarweise gegenüberliegend mit dem Stößelblock 25 in Wirkverbindung. Dieser Stößelblock kann einen quadratischen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Um den Stößelblock beim Anfahren und Abstellen zu zentrieren, sind die Rollenlager 37, 38, 39 und 40 diagonal zu dem Rechteckquerschnitt angeordnet und bilden für die angefasten Längskanten 29, 30, 31 und 32 eine zentrierende Führung.
Bezugszeichenliste

1: Messvorrichtung (1. Ausführungsform)
2: Messvorrichtung (2. Ausführungsform)
3: starrer Rahmen
4: Impulsgeber
5: Halterung
6: Halterung
7: Längsachse des Stoßdämpfers
8: Linearantrieb
9: Linearmotor
10: Linearmotor
11: Linearmotor
12: Linearmotor
13: Primärteil
14: Primärteil
15: Primärteil
16: Primärteil
17: Sekundärplatte
18: Sekundärplatte
19: Sekundärplatte
20: Sekundärplatte
21: Mantelfläche
22: Mantelfläche
23: Mantelfläche
24: Mantelfläche
25: Stößelblock
26: polygonaler Querschnitt
27: unteres Ende des Stößelblocks (am Rahmen)
28: oberes Ende des Stößelblocks
29: Längskante
30: Längskante
31: Längskante
32: Längskante
33: Längsführungselement
34: Längsführungselement
35: Längsführungselement
36: Längsführungselement
37: Rollenlager
38: Rollenlager
39: Rollenlager
40: Rollenlager
41: Rollenlager
42: Rollenlager
43: unterer Bereich der Messsäule
44: oberer Bereich der Messsäule
45: Prüfling, Stoßdämpfer
46: Kraftmessaufnehmer
47: oberes Ende des Rahmens
48: Konsole (höhenverstellbar)
49: pneumatisches Gewichtskompensationselement
50: Halterung der Längsführung
51: Halterung der Längsführung
52: Messsäule
53: Bodenplatte
54: Abschlussdeckel
55: Magnetspalt
A-A: Schnittlinie
a: Abstand zwischen 2 Rollenlagern
B-B: Schnittlinie
C-C: Schnittlinie
D-D: Schnittlinie
E, F, G, H: Pfeile
h: Hub
l: Länge des Stoßdämpfers
L: Länge des Stößelblocks
v: Höhenverstellung

Claims

Messvorrichtung für Stossdämpfer (45) zur Dokumentation von Stossdämpferreaktionen auf Impulsbelastungen, wobei: – die Messvorrichtung (1) einen starren Rahmen (3) aufweist, der einen Impulsgeber (4) und Halterungen (5, 6) für den zu prüfenden Stossdämpfer (45) aufweist, – wobei der Impulsgeber (4) derart in Bezug auf den Rahmen (3) angeordnet ist, dass seine Impulse den Stossdämpfer (45) in Richtung seiner Längsachse (7) belasten, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (4) einen Linearantrieb (8) mit mindestens zwei Linearmotoren (10, 12) aufweist, deren Primärteile (14, 16) an dem Rahmen (3) fixiert sind und deren Sekundärplatten (18, 20) auf einem Stößelblock (25) fixiert sind, der auf den Stoßdämpfer (45) einwirkt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelblock (25) einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt und ein unteres freies Ende (27) und ein oberes Ende (28), das mit dem Stossdämpfer (45) in Eingriff gebracht werden kann, aufweist, während die Längskanten (29 bis 32) des Stößelblocks (25) mit Längsführungselementen (33 bis 36) des Rahmens (3) in Wirkverbindung stehen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (8) mindestens 3 Linearmotoren (9 bis 12) aufweist, deren Primärteile (13 bis 16) am Rahmen (3) fixiert sind und deren Sekundärplatten (17 bis 20) auf Mantelflächen (21 bis 24) eines Stößelblocks (25) mit an die Anzahl der Linearmotoren (9 bis 12) angepasstem gleichseitigem polygonalem Querschnitt (26) angeordnet sind, wobei der Stößelblock (25) ein unteres freies Ende (27) und ein oberes Ende (28), das mit dem Stossdämpfer (45) in Eingriff gebracht werden kann, aufweist, während die Längskanten (29 bis 32) des Stößelblocks (25) mit Längsführungselementen (33 bis 36) des Rahmens (3) in Wirkverbindung stehen.
Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (33 bis 36) Rollenlager (37 bis 40) aufweisen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Rollenlager (39, 41; 40, 42) pro Längskante (29 bis 32) des Stößelblocks (25) vorgesehen sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer Längskante (29 bis 32) des Stößelblocks (25) dem Abstand (a) zwischen den beiden Rollenlagern (39, 41; 40, 42) plus dem Hub (h) des Stößelblocks (25) entspricht.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelblock (25) ein aus Platten zusammengesetzter Hohlblock ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stößelblocks (25) ein gleichseitiges Dreieck bei drei Linearmotoren aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelblock (25) einen quadratischen Querschnitt bei vier Linermotoren (9 bis 12) aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stößelblocks (25) ein gleichseitiges Sechseck bei sechs Linearmotoren aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) eine vertikale Messsäule aufweist mit einem vertikalen starren Rahmen (3), der in seinem unteren Bereich (43) den Linearantrieb (8) aufweist und in seinem oberen Bereich (44) Halterungen (5, 6) zum Anbringen des zu prüfenden Stossdämpfers (45) in vertikaler Ausrichtung seiner Längsachse (7) besitzt, wobei der Prüfling zwischen einer Halterung (5) an dem freien Ende (28) des Stößelblocks (25) des Linearantriebs (28) und einer Halterung (6) eines Kraftmessaufnehmers (46) im oberen Bereich (44) des Rahmens (3) angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kraftmessaufnehmer (46) und dem oberem Ende (47) des Rahmens (3) eine höhenverstellbare Konsole (48) angeordnet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Linearantrieb (8) im unteren Bereich (43) des Rahmens (3) mit seinem unteren Ende (27) auf einem pneumatischen Gewichtskompensationselement (49) abstützt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärteile (13 bis 16) der Linearmotoren (9 bis 12) Kupferwindungen aufweisen, die bei Betrieb stromversorgt sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärplatten (17 bis 20) der Linearmotoren (9 bis 12) Permanentmagnete Seltener-Erden aufweisen, die in abwechselnder Polarität entlang der linearen Hubstrecke angeordnet sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (55) zwischen den Primärteilen (13 bis 16) der Linearmotoren (9 bis 12) und den Sekundärplatten (17 bis 20) kleiner als 0,5 mm ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (48) eine Höhenverstellung (v) bis zu 500 mm aufweist.