DE10200514A1 - Stoßdämpfer-Prüfstand für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Kfz-Stoßdämpfer-Prüfstand (1) mit einer Rad-Stützplatte (7), die an ein (Parallel-)Lenkergestänge (11, 13, 15) angelenkt ist, dessen einer Hebel (15) als Kragarm (17) verlängert ist, und an einer Feder-Kontaktfläche (18) des Kragarms (17) mittels einer Schraubenfeder (19) so abgestützt ist, daß sich die Längsmittelachse (22) der Schraubenfeder (19) stets selbsttätig i. w. senkrecht zu der Kontaktfläche (18) ausrichtet (Fig. 1).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Fahrwerk-Prüfstand zum Prüfen der Stoßdämpfer von Kraftfahrzeugen in deren eingebautem Zustand, mit wenigstens einer befahrbaren Stützplatte od. dgl. zum jeweiligen Abstützen eines Kraftfahrzeug-Rades, die an ihrer Unterseite über ein erstes Gelenk mit dem Endabschnitt eines (i. a. oberen) ersten Hebels eines (Parallel-)Lenkergestänges gelenkig verbunden ist, dessen anderer Endabschnitt mittels eines zweiten Gelenkes i. a. ortsfest an einem (Prüfstand-)Rahmen, Gehäuse od. dgl. (nachfolgend als "Rahmen" bezeichnet) angelenkt ist, wobei der erste Hebel an seinem gelenkig mit der Stützplatte verbundenen ersten Gelenk mittels eines quer (indes nicht notwendigerweise rechtwinklig) zum ersten Hebel angeordneten Verbindungslenkers über ein am anderen Endabschnitt des Verbindungslenkers angeordnetes drittes Gelenk an einen i. w. parallel zum ersten Hebel angeordneten (i. a. unteren) zweiten Hebel angelenkt ist, der an seinem dem Verbindungslenker abgekehrten anderen Endabschnitt über ein viertes Gelenk an dem Rahmen (oder auf andere Weise i. a. ortsfest) angelenkt ist, und der an seinem dem vierten Gelenk abgekehrten Endabschnitt über das mit dem Verbindungslenker gelenkig verbundene dritte Gelenk hinaus als Kragarm verlängert ist, welcher an seinem freien Endabschnitt an einer (oberen Feder-)Kontaktfläche über eine Schraubenfeder elastisch am Rahmen abgestützt ist, deren Längsmittelachse im schwingungsfreien Ruhezustand i. w. rechtwinklig zu der am oberen Ende der Schraubenfeder anliegenden (Feder-)Kontaktfläche verläuft, so daß eine in diesem (Ruhe-)Zustand der Stützplatte eingeprägte Kraft bzw. vertikale Bewegung der Schraubenfeder über das Lenkergestänge mittels der (Feder-)Kontaktfläche des Kragarms zunächst so eingeprägt wird, als wirke sie i. w. zentrisch zur Schraubenfeder in deren Längsmittelachse, weil die an der Kontaktfläche des Kragarms anliegende obere Endfläche der Schraubenfeder i. w. konzentrisch zur Längsmittelachse der Schraubenfeder verläuft, und die Pressung zwischen den beiden Anlageflächen umlaufend i. w. gleichmäßig ist.
• Bei Stoßdämpfern handelt es sich um Schwingungsdämpfer, die bei Kraftfahrzeugen und auch bei sonstigen Straßenfahrzeugen die Aufgabe haben, während des Fahrzeugbetriebes entstehende, aber i. w. unerwünschte Schwingungsenergie in Wärme umzuwandeln, und damit Schwingungen zum Abklingen zu bringen, also zu dämpfen.
• Als sog. Achsdämpfer an Kraftfahrzeugen haben Stoßdämpfer (Schwingungsdämpfer) auf das Schwingungsverhalten der Achsen und des Fahrzeughauptteils einen wesentlichen Einfluß. Denn die Fahrsicherheit (dynamische Radlastschwankungen) und die Fahrbequemlichkeit (Beschleunigung der Hauptmasse) werden von den Stoßdämpfern entscheidend mitbestimmt.
• Hinsichtlich ihrer Wirkung unterscheidet man zwischen Reibungsdämpfern, hydraulischen oder Flüssigkeitsdämpfern und sog. Schwingungstilgern, wobei auch bei den einzelnen vorgenannten Gattungen jeweils wieder unterschiedliche Ausführungsformen bekannt sind.
• Als Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge verwendet man ganz überwiegend hydraulische Dämpfer, und zwar in der Ausbildung als sog. Teleskop-Schwingungsdämpfer, die - im Gegensatz zu sog. Hebeldämpfern - relativ langhubig sind und eine relativ große Kühlfläche aufweisen. Sie werden i. a. als Zweirohrdämpfer hergestellt oder (seltener) als Einrohrdämpfer, und ihre Aufhängung im Fahrzeug zwischen Rad und Chassis wird i. a. als Stift- oder als Pufferaufhängung ausgebildet.
• Insbesondere für die Hersteller von Stoßdämpfern sowie mit deren Zulassung befaßte Stellen sind Stoßdämpfer-Prüfmaschinen bekannt, auf denen außer der Stoßdämpfer-Kennlinie (Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm) i. a. auch das Kraft-Weg-Diagramm aufzunehmen ist, dessen (Diagramm-)Fläche der je Doppelhub geleisteten Arbeit entspricht. Darüber hinaus gibt es Stoßdämpfer-Prüfmaschinen für Dauerläufe zum Überwachen der Lebensdauer der einzelnen Bauelemente eines Stoßdämpfers.
• Da es sich auch bei den Stoßdämpfern von Kraftfahrzeugen um Verschleißteile handelt, bei denen im Verlaufe des Betriebes (ggf. erhebliche) Mängel auftreten können, die Stoßdämpfer aber zu deren Überprüfung wegen des damit verbundenen Aufwandes nicht etwa ausgebaut werden können, sind auch Stoßdämpfer-Prüfstände unterschiedlicher Bauart entwickelt worden, auf denen das Betriebsverhalten der Stoßdämpfer und damit deren momentaner Zustand im eingebauten Zustand rasch und einfach im Rahmen einer Stoßdämpferdiagnose zuverlässig zu überprüfen ist. Um einen solchen Prüfstand handelt es sich beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
• Dabei wird überwiegend ein Feder(n)-Masse(n)-Schwingungssystem verwendet, welches durch Fremderregung mittels eines als Unwuchtvibrator ausgebildeten Elektromotors (z. B. n = 900 U/min) in Schwingungen versetzt wird, wenn ein Rad des hinsichtlich seiner Stoßdämpfer zu prüfenden Kraftfahrzeuges auf eine Stützplatte od. dgl. aufgefahren ist, und die Fremderregung wird nach Erreichen eines stabilen Schwingungszustandes wieder ausgeschaltet, wobei der Ausschwingvorgang registriert wird, aus dem man zuverlässige Rückschlüsse auf den derzeitigen Zustand des dem jeweils geprüften Rad zugeordneten Stoßdämpfers ziehen kann. Dabei werden i. a. zwei Stoßdämpfer-Prüfstand-Einheiten so nebeneinander (im Boden versenkt, und mit jeweils i. w. bündiger Stützplatte zur Fahrbahn) angeordnet, damit die beiden Räder der Vorder- bzw. Hinterachse (oder einer weiteren Achse) eines zu prüfenden Fahrzeuges gleichzeitig bzgl. ihrer Stoßdämpfer geprüft werden können.
• Der Stoßdämpfer-Prüfstand der eingangs beschriebenen Gattung hat sich an sich bestens bewährt, wenn die Schwingbreite (= Doppelamplitude) der oberen Feder-Kontaktfläche des Kragarms, an welcher das obere Ende der Schraubfedern in deren eingebautem Zustand unter Vorspannung anliegt, nicht sehr groß ist, so daß die Kontaktfläche während des Prüfbetriebes i. w. parallel zur oberen Feder-Endfläche verbleibt, und die der Feder von dem Kragarm des zweiten Hebels aufgrund dessen Schwenkbewegung um das vierte Gelenk eingeprägte Kraft mithin i. w. so auf das obere Ende der Feder einwirkt, als würde sie i. w. mittig bzw. zentrisch zu ihrer Längsmittellinie von einer Kraft beaufschlagt.
• Führt der die Feder-Kontaktfläche aufweisende freie Endabschnitt des Kragarms des zweiten Hebels dagegen beim Prüfbetrieb Schwingungen mit größerer Schwingbreite von z. B. 100 mm aus, weil ihm diese schwingende Schwenkbewegung um das vierte Gelenk aufgrund der Fremderregung eingeprägt wird, oder weil das zu Schwingungen erregte Feder(n)- Masse(n)-System nach dem Abschalten der Fremderregung beim freien Ausschwingen (insb. beim Durchfahren eines Resonanzbereiches) Schwingungen mit entsprechender Schwingbreite am freien Kragarmende ausführt, so stellt sich die Kontaktfläche des Kragarms im Verlaufe eines Schwingungszyklus aus ihrer im Ruhezustand vorhandenen Parallelstellung zum oberen Federende zunehmend schräg, mit der Folge, daß der in der Ruhestellung vorhandene, i. w. ringförmige Flächenkontakt des oberen Federendes dabei schließlich in einen eher punktförmigen Kontakt übergeht, wobei die Feder an ihrem oberen Ende exzentrisch zu ihrer Längsmittellinie mit einer Kraft beaufschlagt wird, deren parallel zur Längsmittelinie der Schraubenfeder verlaufende Komponente ein Biegemoment auf die oberste Federwindung ausübt, und deren rechtwinklig zur Längsmittelachse der Feder gerichtete Komponente der obersten Federwindung eine (Reibungs-)Schubkraft einprägt, die ein Torsionsmoment um den Federfuß erzeugt.
• Da sich nicht nur der Kontaktzustand zwischen dem oberen Federende und der Kontaktfläche des Kragarms während jedes Schwingungszyklusses ständig verändert, sondern auch die jeweilige Auslenkung der Feder-Kontaktfläche in Relation zum Ruhezustand, wirkt sich all dies insb. bei größeren Schwingungsamplituden des Kragarms negativ auf die Aussagekraft der registrierten Auslaufschwingung aus, so daß die Aussagekraft der ermittelten Ausschwingvorgänge häufig (erheblich) geringer ist als bei kleineren Schwingbreiten des Kragarms.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stoßdämpfer-Prüfstand der eingangs beschriebenen Gattung mit möglichst geringem Aufwand dahingehend zu verbessern, daß auch bei größeren Schwingbreiten an dem die Feder-Kontaktfläche aufweisenden Kragarm des zweiten Hebels aussagekräftige Prüfergebnisse zu erhalten sind, die nicht mehr in erheblicher Weise durch einen von der Längsmittelachse der Schraubenfedern seitlich "auswandernden" Kontakt zwischen dem oberen Ende der Schraubenfeder und deren Kontaktfläche am Kragarm nachteilig beeinflußt werden.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Schraubenfeder so abgestützt bzw. gehalten ist, daß sich ihre Längsmittelachse stets selbsttätig i. w. senkrecht zu der Kontaktfläche des mit ihr im Eingriff befindlichen Kragarms des zweiten Hebels ausrichtet.
• Um dieses zu erreichen, ist die dem Kragarm des zweiten Hebels abgekehrte untere Abstützung der Schraubenfeder bevorzugt so ausgebildet, daß die Längserstreckung der gesamten Schraubenfeder auch dann i. w. rechtwinklig zur Kontaktfläche des Kragarms ausgerichtet ist bzw. wird, wenn die Schraubenfeder von dem Kragarm exzentrisch zu ihrer Längsmittelachse mit einer parallel zu ihrer Längsmittelachse gerichteten Kraft(komponente) beaufschlagt wird.
• Das ist gem. einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung insb. dann auf relativ einfache Weise zu erreichen, wenn an der unteren Federabstützung zwischen dem unteren Ende der Schraubenfeder und dem i. a. ortsfest angeordneten Rahmen eine Stütz- und Ausrichteinrichtung angeordnet ist, welche bewirkt, daß sich die Schraubenfeder bei einer exzentrischen Kraftbeaufschlagung ihres oberen Endes bzgl. ihrer Längsrichtung selbsttätig so einstellt, daß die ihr vom Kragarm exzentrisch zu ihrer Längsmittelachse eingeprägte Kraft i. w. zentrisch zu ihrer Längsmittelachse auf sie einwirkt, also ohne die Schraubenfeder erheblich seitlich zu biegen.
• Hierfür kann die Stütz- und Ausrichteinrichtung ein Stütz- und Einrichtelement aufweisen, welches wenigstens an seiner dem unteren Ende der Schraubenfeder zugekehrten und mit diesem - bzw. einen zwischengeordneten Teller od. dgl. - im Eingriff stehenden oberen Stützfläche so konkav oder konvex ausgebildet ist, daß die Schraubenfeder auf bzw. in der oberen Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes seitliche Gleitbewegungen ausführen kann, wenn ihrem oberen Ende durch den Kragarm exzentrisch zur Feder-Längsmittelachse eine Schwingung eingeprägt wird.
• Das Stütz- und Ausrichtelement kann zweckmäßigerweise wenigstens an seiner oberen Stützfläche kugelförmig ausgebildet sein, wobei der Kugelradius dann zweckmäßigerweise etwas größer als der halbe lichte Innendurchmesser der Schraubenfeder ist, wenn diese unmittelbar auf dem Stütz- und Ausrichtelement abgestützt ist. Wird das untere Ende der Schraubenfeder dagegen in einem Federteller od. dgl. angeordnet, der zwischen dem Stütz- und Ausrichtelement unter der Schraubenfeder angeordnet ist, so wird dessen Unterseite im Bereich des Stütz- und Ausrichtelementes der Kugelform/dem Kugelradius angepaßt, um - außer der Kugellagerung des Stütz- und Ausrichtelementes im Federteller od. dgl. - zugleich eine gewisse formschlüssige Führung bzw. Halterung des Federtellers od. dgl. an der kugelförmigen Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes zu erhalten. Hierfür braucht die Lagerfläche an der Unterseite des Federtellers od. dgl., welche die kugelförmige Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes aufnimmt, nicht notwendigerweise ebenfalls kugelförmig ausgebildet zu sein, sondern der angestrebte Lagerungs- und Führungseffekt ist auch dann in befriedigender Weise zu erzielen, wenn der untere Endabschnitt des Federteller od. dgl. buchsenförmig ausgebildet ist, solange der Radius der Buchsenbohrung kleiner als der Radius der kugelförmigen Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes ist.
• Eine höchst bevorzugte Ausbildung des Stütz- und Ausrichtelementes, die auch kostenmäßig besonders günstig ist, sieht vor, daß das Stütz- und Ausrichtelement insgesamt als Kugel ausgebildet ist, die mit ihrem oberen Endabschnitt in den unteren Endabschnitt der Schraubenfeder, bzw. in einen an seiner Unterseite mit einer der Kugelform angepaßten Ausnehmung versehenen unteren Federteller greift, an dessen Oberseite der untere Endabschnitt der Schraubenfeder (vorzugsweise formschlüssig) abgestützt ist, und die an ihrem unteren Endabschnitt in einer der Kugelform angepaßten Aufnahme des Rahmens bzw. eines am Rahmen ortsfest abgestützten Bauteils gelagert ist. Bei diesem Bauteil kann es sich um einen am Rahmen abgestützten Arm handeln, der an seinem anderen Endabschnitt mittels eines fünften Gelenkes am Rahmen angelenkt ist.
• Um den Verschleiß der Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes und der mit diesem zusammenwirkenden Bauteile so gering wie möglich zu halten, ist die Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes oder/und - bei kugelförmiger Ausbildung des Stütz- und Ausrichtelementes - die andere Lagerfläche der Kugel bevorzugt reibungs- und damit verschleißmindernd ausgebildet, nämlich z. B. poliert, und/oder mit einem reibungsmindernden Material wie Tetrafluorethylen beschichtet, und/oder mit einem Schmierstoff wie Fett, Öl oder Graphitpulver versehen. Diese Maßnahmen wirken sich während des Betriebes zugleich geräuschmindernd aus.
• Statt dessen kann das Stütz- und Ausrichtelement auch als Kardangelenk ausgebildet sein, welches an seinem einen Anschlußende in geeigenter Weise mit der Schraubenfeder und an seinem anderen Anschlußende mit dem Rahmen verbunden ist, wobei eine solche Ausgestaltung jedoch i. a. deutlich aufwendiger ist als eine Kugellagerung der Schraubenfedern.
• Um das erfindungsgemäß angestrebte Ziel zu erreichen, kann unter Umständen (ggf. zusätzlich) auch zwischen dem oberen Endabschnitt der Schraubenfeder und dem Kragarm des zweiten Hebels ein Stütz- und Ausrichtelement vorgesehen sein, wobei es sich jedoch gezeigt hat, daß die angestrebte ständige rechtwinklige Ausrichtung der Schraubenfeder-Längsmittelachse zu ihrer Kontaktfläche am Kragarm am zweckmäßigsten und vollkommensten zu erreichen ist, wenn sie im Bereich der unteren Federabstützung erfolgt, und daß eine solche Ausbildung andererseits auch zu Erzielung eines befriedigenden Ergebnisses ausreicht.
• Es sei noch darauf verwiesen, daß der sich zwischen dem ersten und dritten Gelenk erstreckende Verbindungslenker des Parallel-Lenkergestänges bevorzugt exakt vertikal angeordnet ist, um während des Prüfbetriebes eine lineare Vertikalschwingung der Stützplatte zu bewirken, und daß die beiden parallel zu einander angeordneten Hebel des Lenkergestänges die gleiche Länge aufweisen, wobei zweckmäßigerweise der obere erste Hebel mit dem Verbindungslenker einen spitzen Winkel (von bspw. etwa 80°) einschließt.
• Als genau so zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Längsmitelachse der Schraubenfeder im Ruhezustand parallel zum Verbindungslenker (also ebenfalls vertikal) verläuft, und wenn die Schraubenfeder im eingebauten Zustand so vorgespannt ist, daß sie auch bei größtem Schwingungsausschlag der Kontaktfläche des Kragarms noch unter deutlicher Vorspannung steht.
• Ersichtlich könnte das obere Ende der Schraubenfeder statt an einem Kragarm des zweiten Hebels an sich auch an einer anderen Stelle des zweiten Hebels abgestützt sein, also z. B. unter dem dritten Gelenk oder zwischen dem dritten und vierten Gelenk. Das würde jedoch die Amplituden des Ausschwingvorgangs an der Feder entsprechend verkleinern, das aufzunehmende Schwingungsbild verändern, und zu einer größeren Bauhöhe führen, so daß die gattungsgemäße Ausbildung mit (Hebel-)Kragarm i. a. vorteilhaft ist.
• Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfer-Prüfstandes im (in den Boden einer Kfz-Prüfhalle eingelassenen) montierten Zustand;
• Fig. 2 die in Figur mit einem strichpunktierten Kreis umrandete Einzelheit II des Prüfstandes gem. Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;
• Fig. 3 den die Feder-Kontaktfläche aufweisenden freien Endabschnitts des Kragarms im um das vierte Gelenk nach oben ausgelenktem Schwingungszustand bei konventioneller Lagerung der Schraubenfeder, also bei einem gattungsgemäßen Stoßdämpfer-Prüfstand ohne die erfindungsgemäße Stütz- und Ausrichteinrichtung;
• Fig. 4 eine verkleinerte Draufsicht auf den Tandern-Stoßdämpfer-Prüfstand gem. Fig. 1 in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 1 gesehen;
• Fig. 5 eine Draufsicht auf die im Boden einer Prüfhalle ausgebildete Grube zur Aufnahme des Stoßdämpfer-Prüfstandes gem. den Fig. 1 und 4 (noch ohne eingebauten Stoßdämpfer-Prüfstand);
• Fig. 6 einen mittleren Längsschnitt durch die Darstellung gem. Fig. 5 in Richtung der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5 gesehen;
• Fig. 7 einen Querschnitt durch die Darstellung gem. Fig. 5 in Richtung der Schnittlinie VII-VII in Fig. 5 gesehen;
• Fig. 8 eine schematische Darstellung des Stoßdämpfer-Prüfstandes gem. Fig. 1 (ebenfalls im Ruhezustand); und
• Fig. 9 die Darstellung gem. Fig. 8 in einem nach oben ausgeschwungenen Betriebszustand.
• Fig. 1 zeigt einen im ganzen mit 1 bezeichneten Kraftfahrzeug-Fahrwerk-Prüfstand zum Prüfen der (eingebauten) Stoßdämpfer von Kraftfahrzeugen. Genauer gesagt zeigt Fig. 1 lediglich eine Hälfte. des gesamten Prüfstandes mit einer Prüfstandseinheit. Denn rechts von der in Fig. 1 eingezeichneten Symmetrielinie 2 befindet sich eine weitere Prüfstandseinheit, die spiegelsymmetrisch zu der in Fig. 1 dargestellten Prüfstandseinheit ausgebildet und angeordnet ist, so daß es ausreicht, die Ausbildung anhand der in Fig. 1 dargestellten Prüfstandseinheit zu erläutern.
• Der Prüfstand 1 ist in einer Grube 3 (s. Fig. 5-7) montiert, die in den Boden 4 einer Kfz- Reperatur- und Prüfhalle eingelassen ist, und von einem Blechgehäuse 5 umgeben, welche mit einem Rahmen 6 verbunden ist.
• Jede Prüfstandseinheit weist eine vom Boden 4 her befahrbare Stützplatte 7 zum jeweiligen Abstützen eines Kraftfahrzeugrades 8 (s. Fig. 8 und 9) auf, die von Abdeckplatten 9 umgeben ist, und an ihrer Unterseite 7' über ein erstes Gelenk 10 mit einem Endabschnitt eines oberen ersten Hebels 11 eines Parallellenkergestänges gelenkig verbunden ist. Der andere Endabschnitt des ersten Hebel 11 ist mittels eines zweiten Gelenkes 12 an den Rahmen 6 (und damit ortsfest) angelenkt, wobei der erste Hebel 11 an seinem gelenkig (bei 10) mit der Stützplatte 7 verbundenen ersten Gelenk 10 mittels eines quer zum ersten Hebel 11 angeordneten Verbindungslenkers 13 über ein an dessen anderem Endabschnitt angeordnetes drittes Gelenk 14 an einem parallel zum ersten Hebel 11 angeordneten unteren zweiten Hebel 15 angelenkt ist, der die gleiche Länge 1 aufweist wie der erste Hebel 11, und der an seinem dem Verbindungslenker 13 abgekehrten anderen Endabschnitt über ein viertes Gelenk 16 an dem Rahmen 6 angelenkt ist.
• Der zweite Hebel 15 ist an seinem dem vierten Gelenk 16 abgekehrten Endabschnitt über das mit dem Verbindungslenker 13 gelenkig verbundene dritte Gelenk 14 hinaus als Kragarm 17 verlängert. Der Kragarm 17 ist an seinem freien Endabschnitt 17' an einer (oberen Feder-)Kontaktfläche 18 über eine vorgespannte Schraubenfeder 19 elastisch am Rahmen 6 abgestützt. Unmittelbar ist die Schraubenfeder 19 - unter Zwischenschaltung von Elementen, die nachstehend noch im einzelnen erläutert werden - an einem Arm 20 abgestützt, der an seinem der Schraubenfeder 19 abgekehrten Endabschnitt mittels eines fünften Gelenkes 21 an den Rahmen 6 angelenkt ist, und der an seinem anderen Endabschnitt 20' in der Art eines Auflagers auf dem Rahmen 6 aufliegt.
• Wie aus den Fig. 1 und 8 erkennbar ist, verläuft die Längsmittelachse 22 der Schraubenfeder 19 im Ruhezustand rechtwinklig zur Kontaktfläche 18 des Kragarms 17, und parallel zu dem vertikal verlaufenden Verbindungslenker 13, der mit dem ersten Hebel 11 einen Winkel α von ca. 80° einschließt.
• Wie insb. aus der schematischen Darstellung gem. Fig. 8 deutlich wird, bildet der Stoßdämpfer-Prüfstand 1 mit seiner (durch die Radlast des Rades 8 belasteten) Stützplatte 7, dem Parallellenkergestänge 11, 13 und 15 (nebst dessen Kragarm-Verlängerung 17 am zweiten Hebel 15) sowie der vorgespannt abgestützten Schraubenfeder 19 ein schwingungsfähiges Feder(n)-Masse(n)-System. Dieses wird für die vorgesehene Stoßdämpferprüfung genutzt, indem es kurzzeitig durch einen als Unwuchtvibrator ausgebildeten, nicht dargestellten Elektromotor mit einer Erregerfrequenz von 15 Hz zu erzwungenen Schwingungen fremderregt wird, und man das Schwingungssystem dann ausschwingen läßt, wobei der gesamte Schwingungsvorgang - insb. der Ausschwingvorgang - mit einer ebenfalls nicht dargestellten Einrichtung aufgezeichnet wird, um aus dem Schwingungsbild Rückschlüsse auf den Momentanzustand des (der) geprüften Stoßdämpfer(s) zu schließen. Das ist deshalb möglich, weil die Kfz-Masse aufgrund des auf der/jeder Stützplatte 7 abgestützten Rades 8 teilweise an das vorstehend beschriebene Schwingungssystem ankoppelt, und weil der dem jeweiligen Kfz-Rad 8 zugeordnete, jeweils zu prüfende Stoßdämpfer zwischen dem Rad bzw. der jeweiligen Kfz- Achse 23 und der Hauptmasse des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, so daß er (als Dämpfer) Bestandteil des Schwingungssystems wird.
• Nach Beendigung der dem Schwingungssystem eingeprägten, erzwungenen Schwingung, die bekanntlich mit der Frequenz des Schwingungserregers (hier: 15 Hz) erfolgt, durchläuft das Schwingungssystem aufgrund der stets vorhandenen Dämpfung, die hier aufgrund des (der) Stoßdämpfer(s) verstärkt ist, Bereiche unterschiedlicher Frequenz, wobei der (die) Resonanzbereich(e) durch die Eigenfrequenz(en) des Schwingungssystems bestimmt sind, und dabei - je nach Abstimmung des Schwingungssystems - i. d. R. wenigstens einen Resonanzbereich, in dem es zu entsprechend großen Ausschlägen (Schwingungsamplituden) kommt, der aber aufgrund der vorhandenen Dämpfung alsbald wieder verlassen wird, da diese sich frequenzmindernd auf das Schwingungssystem auswirkt, wobei/so daß auch die Schwingbreite während des Ausschwingvorgangs stetig abnimmt (und zwar bei sog. härterer Abstimmung des Schwingungssystems langsamer, und bei weicher Abstimmung des Schwingungssystems rascher).
• Da die Hebel 11 und 15 des Parallellenkergestänges bei einer Vertikalschwingung der Stützplatte 7 in Richtung des Doppelpfeils 24 schwingende Schwenkbewegungen um das zweite Gelenk 12 bzw. das vierte Gelenk 16 ausführen, wobei sich das erste Gelenk 10 mithin auf einer Kreisbahn 25 um das zweite Gelenk 12 und das dritte Gelenk 14 sich auf einer Kreisbahn 26 um das vierte Gelenk 16 bewegt, während der Verbindungslenker 13 zwar vertikal verbleibt, aber während jedes Schwingungszyklus (beim Nachobenschwingen) nach links bzw. (beim Nachuntenschwingen zunächst) nach rechts in Relation zu seiner Ruhestellung (Fig. 1, 8) verlagert wird, wirkt sich dieses ersichtlich auch auf die Schraubenfeder 19 aus. Denn diese ist an ihrem rechtwinklig zu ihrer Längsmittelachse 22 verlaufenden oberen Ende 19' in einer mit dem freien Endabschnitt 17' des Kragarms 17 fest verbundenen Buchse 27 formschlüssig gehalten, und liegt in der Ruhestellung (s. Fig. 1, 8) i. w. ringförmig konzentrisch zu ihrer Längsmittelachse 22 an der Kontaktfläche 18 des Kragarms 17 an.
• Wird dieser nun aber aufgrund einer Schwingung des Schwingungssystems, an der u. a. ja auch der zweite Hebel 15 und damit dessen Kragarmverlängerung 17 teilnehmen, bspw. zunächst nach oben ausgelenkt (s. Zustand gem. Fig. 9, wobei die Ruhestellung des Lenkergestänges dort mit gepunkteten Linien eingetragen ist), so kommt es dazu, daß sich die Kontaktfläche 18 (in Seitenansicht keilförmig) vom oberen Ende 19' der Schraubenfeder 19 entfernt, und - auch wenn sie sich dabei entspannt - schließlich nur noch an einem Punkt P am oberen Federende 19' anliegt, wie dieses in Fig. 3 dargestellt ist.
• Das gilt zumindest dann, wenn die Schraubenfeder 19 bei konventioneller Ausbildung eines gattungsgemäßen Stoßdämpfer-Prüfstandes an ihrem unteren Endabschnitt in üblicher Weise formschlüssig (bspw. in einem buchsenartigen Federteller) gehalten ist. Da das Lenkergestänge nun aber über den Kragarm 17 nach wie vor eine Druckkraft F auf das obere Ende 19' der Schraubenfeder 19 ausübt, und zwar nicht mehr konzentrisch zur Längsmittelachse 22 und damit wie in dieser wirkend, sondern im Abstand exzentrisch zur Längsmittelachse 22, erfährt die Schraubenfeder bei konventioneller fester Halterung ihres unteren Endabschnittes ein entsprechendes Biegemoment: Die parallel zur (ursprünglichen) Längsmittelachse 22 der Schraubenfeder 19 gerichtete Kraftkomponente der Kraft F übt ein Biegemoment um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse aus, und die rechtwinklig zur Längsmittelachse 22 verlaufende Komponente der Kraft F beaufschlagt das obere Federende 19' durch Reibung mittels einer Schubkraft, die - bei einem Blick auf Fig. 3 - ein Drehmoment im Uhrzeigersinne um die Feder-Fußhalterung auf die Schraubenfeder 19 ausübt.
• All das führt bei konventioneller Ausbildung eines gattungsgemäßen Stoßdämpfer-Prüfstandes zu kontinuierlichen, wechselnden Beeinflussungen des Schwingungsverhaltens, weil sich die momentane Schwenkstellung des Kragarms 17 während jedes Schwingungszyklus ja ständig verändert, so daß diese Biege- und Torsionsmomente sich ebenfalls ständig verändern (und z. B. beim Durchlaufen der Ruhestellung zu Null werden). Diese negativen Einflüsse sind bei relativ großer Schwingbreite des Schwingungssystems am freien Endabschnitt 17' des Kragarms 17, an dem das obere Ende 19' der Schraubenfeder 19 abgestützt ist, besonders groß, so daß sich dann aus dem registrierten Ausschwingdiagramm ggf. nur fehlerhafte bzw. gar keine zuverlässigen Schlußfolgerungen mehr ziehen lassen.
• Um diese Einflüsse auch bei einer größeren Schwingbreite des freien Kragarmendes 17' von bspw. 100 mm abzuwenden, ist die Schraubenfeder 19 erfindungsgemäß an ihrem unteren Ende 19" so abgestützt, daß sich ihre Längsmittelachse 22 stets selbsttätig i. w. senkrecht zu der Kontaktfläche 18 des mit ihr in Eingriff befindlichen Kragarms 17 ausrichtet, und zwar dadurch, daß an der unteren Federabstützung zwischen dem unteren Ende 19" der Schraubenfeder 19 und dem Rahmen 6 bzw. dem am Rahmen 6 angelenkten Arm 20 eine im ganzen mit 28 bezeichnete Stütz- und Ausrichteinrichtung (s. insb. Fig. 2) angeordnet ist, welche bewirkt, daß sich die Schraubenfeder 19 auch bei einer exzentrischen Kraftbeaufschlagung gem. Fig. 3 ihres oberen Endes 19' bzgl. ihrer Längsrichtung selbsttätig so einstellt, daß die ihr vom Kragarm 17 exzentrisch zu ihrer Längsmittelachse 22 eingeprägte Kraft F i. w. zentrisch zu ihrer Längsmittelachse 22 auf sie einwirkt.
• Hierfür weist die Stütz- und Ausrichteinrichtung 28 bei dem in den Fig. 1, 2, 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ein als Kugel ausgebildetes Stütz- und Ausrichtelement 29 auf, welches an seiner dem unteren Ende 19" der Schraubenfeder 19 zugekehrten oberen Stützfläche in eine buchsenförmige Ausnehmung 30 des unteren Endabschnittes eines Federtellers 31 greift, so daß dieser zu der vertikalen Längsmittelachse 22 im Ruhezustand nach allen Richtungen hin auf der Kugel 29 kippbar ist, an welche er durch die Kraft der vorgespannten Schraubenfeder 29 angepreßt ist.
• An ihrem unteren Endabschnitt ist die als Stütz- und Ausrichtelement dienende Kugel 29, die aus einem verschleißfesten Stahl besteht, an ihrer Oberfläche poliert ist, und mit Fett dauergeschmiert ist, in einem buchsenförmigen Fehlerteller 32 formschlüssig gehalten, der fest mit dem über das fünfte Gelenk 21 am Rahmen 6 angelenkten Arm 20 verbunden ist, welcher am freien Endabschnitt 20' des Arms 20 am Rahmen 6 abgestützt ist.
• Kommt es bei Durchführung eines Prüfvorgangs zu einer Auslenkung des Kragarms 17 nach oben, und dabei auch nur zu einer relativ geringfügigen exzentrischen Belastung der Schraubenfeder 19 an deren oberem Ende 19' durch die Kontaktfläche 18 des Kragarms 17, so schwenkt die gesamte Schraubenfeder 19 auf der Kugel 29 nach links, wie dieses in Fig. 9 schematisch dargestellt ist, so daß die ursprünglich vertikal verlaufende Längsmittelachse 22 der Schraubenfeder 19 ebenfalls nach links verschwenkt und nunmehr die in Fig. 9 mit 22' gekennzeichnete Position einnimmt, in welcher das obere Ende 19' in paralleler Anlage an der Kontaktfläche 18 des Kragarms 17 verbleibt.
• Das gleiche ist der Fall, wenn das Parallelgestänge aus seiner Ruhestellung (s. Fig. 1, 8) unter weiterer Zusammendrückung der Feder 19 nach unten verschwenkt wird. Auch dann bewegt sich das erste Gelenk 10 auf der Kreisbahn 25 mit dem Radius 1 um das zweite Gelenk, und das dritte Gelenk 14 auf seiner Kreisbahn 26 mit dem Radius 1 um das vierte Gelenk 16, so daß der Verbindungslenker 13 vertikal verbleibt, aber aus seiner Ruhestellung (s. Fig. 1, 8; in Fig. 9 gepunktet eingezeichnet) unter weiterer Zusammendrückung der Schraubenfeder 19 zunächst nach rechts versetzt wird, so daß die Kontaktfläche 18 des Kragarms 17 nunmehr in eine Schrägstellung kommt, die derjenigen in Fig. 9 entgegengerichtet ist. Auch diese nach unten gerichtete Halbschwingung ist für die Funktionsweise des Stoßdämpfer-Prüfstandes 1 und die Aussagekraft der ermittelten Ausschwingdiagramme unkritisch, weil die Schraubenfeder 19 auch bei einsetzender exzentrischer Kraftbeaufschlagung auf der rechten Seite ihrer Längsmittelachse 22 jeweils so auf der Kugel 29 gleiten kann, daß ihre Längsmittelachse 22' in jedem Schwingungszustand rechtwinklig zur Kontaktfläche 18 des Kragarms 17 verbleibt.
• Es ist ohne weiteres erkennbar, daß das Stütz- und Ausrichtelement 29 bspw. ggf. auch als Halbkugel, geeignetes Wälzlager oder als Stütz- und Ausrichtelement mit konkav oder konvex gekrümmter Aufnahme für das untere Federende 19" bzw. einen an diesem angeordneten Federteller od. dgl. ausgebildet sein kann, oder aber bspw. als Kardangelenk. Wesentlich ist allein, daß die Stütz- und Ausrichteinrichtung 28 (vorzugsweise am unteren Federende 19") so ausgebildet ist, daß sich die Schraubenfeder 19 in jedem Schwingungszustand selbsttätig in der beschriebenen Weise einstellen kann. Dieses ist aber am einfachsten mit der beispielhaft beschriebenen Kugelausbildung des Stütz- und Ausrichtelemente 29 zu erzielen, da geeignete Kugeln handelsüblich und entsprechend preiswert sind, und da die Kugel-Lagerflächen noch nicht einmal kugelförmig ausgebildet zu werden brauchen, sondern - wie beispielhaft beschrieben - durch geeignete Buchsen, Federteller mit entsprechenden Bohrungen od. dgl. ausgebildet sein können, wobei noch nicht einmal ein hoher Verschleiß auftritt, wenn die Kontakflächen zur Kugel durch geeignete Formgebung (z. B. abgerundete Buchsenränder), Oberflächenqualität (z. B. durch Polieren oder reibungsmindernde Beschichtung) und/oder Schmierung entsprechend gestaltet bzw. versorgt sind. Bezugszeichenliste 1 Stoßdämpfer-Prüfstand
  2 Symmetrielinie
  3 Grube
  4 Hallenboden
  5 Gehäuse
  6 Rahmen
  7 Stützplatte
  7' Unterseite (von 7)
  8 Kfz-Rad
  9 Abdeckplatten
  10 erstes Gelenk
  11 erster Hebel
  12 zweites Gelenk
  13 Verbindungslenker
  14 drittes Gelenk
  15 zweiter Hebel
  16 viertes Gelenk
  17 Kragarm
  17' freier Endabschnitt (von 17)
  18 Kontaktfläche (von 17; bei 17')
  19 Schraubenfeder
  19' oberes Ende (von 19)
  19" unteres Ende (von 19)
  20 Arm
  20' Endabschnitt (von 20)
  21 fünftes Gelenk
  22 Längsmittelachse
  23 Kfz-Achse
  24 Doppelpfeil
  25 Kreisbahn (für 10)
  26 Kreisbahn (für 14)
  27 Buchse (für 19')
  28 Stütz- und Ausrichteinrichtung
  29 Stütz- und Ausrichteinrichtung (von 28) (hier: Kugel)
  30 Ausnehmung (von 31; für 29)
  31 Federteller
  32 Federteller
  F (Druck-)Kraft
  r Kugelradius
  α spitzer Winkel
  l Länge
  

Claims (16)

1. (Fahrwerk-)Prüfstand (1) zum Prüfen der Stoßdämpfer von Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einer befahrbaren Stützplatte (7) od. dgl. zum jeweiligen Abstützen eines Kfz-Rades (8), die an ihrer Unterseite (7') über ein erstes Gelenk (10) mit einem Endabschnitt eines ersten Hebels (11) eines Lenkergestänges (11, 13, 15) gelenkig verbunden ist, wobei der andere Endabschnitt des ersten Hebels (11) mittels eines zweiten Gelenkes (12) an einem (Prüfstands-)Rahmen (6) od. dgl. angelenkt ist, und wobei der erste Hebel (11) an seinem ersten Gelenk (10) mittels eines quer zum ersten Hebel (11) angeordneten Verbindungslenkers (13) über ein an dessen anderem Endabschnitt angeordnetes drittes Gelenk (14) an einen i. w. parallel zum ersten Hebel (11) angeordneten zweiten Hebel (15) angelenkt ist, der an seinem anderen Endabschnitt über ein viertes Gelenk (16) an dem Rahmen (6) od. dgl. angelenkt ist, und der an seinem dem vierten Gelenk (16) abgekehrten Endabschnitt über das dritte Gelenk (14) hinaus als Kragarm (17) verlängert ist, welcher an seinem freien Endabschnitt (17') an einer (oberen Feder-)Kontaktfläche (18) über eine Schraubenfeder (19) elastisch am Rahmen (6) od. dgl. abgestützt ist, deren Längsmittelachse (22) im Ruhezustand i. w. rechtwinklig zu der am oberen Ende (19') der Schraubenfeder (19) anliegenden Kontaktfläche (18) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (19) so abgestützt ist, daß sich ihre Längsmittelachse (22) stets selbsttätig i. w. senkrecht zu der Kontaktfläche (18) des mit ihr im Eingriff befindlichen Kragarms (17) des zweiten Hebels (15) ausrichtet.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kragarm (17) abgekehrte untere Abstützung der Schraubenfeder (19) so ausgebildet ist, daß die Längserstreckung der gesamten Schraubenfeder (19) auch dann i. w. rechtwinklig zur Kontaktfläche (18) des Kragarms (17) ausgerichtet ist/wird, wenn die Schraubenfeder (19) von dem Kragarm (17) exzentrisch zu ihrer Längsmittelachse (22) mit einer parallel zu dieser gerichteten Kraft(komponente) (F) beaufschlagt wird.

3. Prüfstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Federabstützung zwischen der Schraubenfeder (19) und dem Rahmen (6) od. dgl. eine Stütz- und Ausrichteinrichtung (28) angeordnet ist, welche bewirkt, das sich die Schraubenfeder (19) bei einer exzentrischen Kraftbeaufschlagung ihres oberen Endes (19') bzgl. ihrer Längsrichtung selbsttätig so einstellt, daß eine ihr vom Kragarm (17) exzentrisch zu ihrer Längsmittelachse (22) eingeprägte (Druck-)Kraft (F) i. w. zentrisch zu ihrer Längsmittelachse (22) auf sie einwirkt.

4. Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Ausrichteinrichtung (28) ein Stütz- und Ausrichtelement (29) aufweist, welches wenigstens an seiner dem unteren Ende (19") der Schraubenfeder (19) zugekehrten und mit diesem in Eingriff stehenden oberen Stützfläche so konkav oder konvex ausgebildet ist, daß die Schraubenfeder (19) auf bzw. in der oberen Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes (29) seitliche Gleitbewegungen ausführen kann.

5. Prüfstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Ausrichtelement (29) wenigstens an seiner oberen Stützfläche kugelförmig ausgebildet ist.

6. Prüfstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelradius (r) der oberen Stützfläche des Stütz- und Ausrichtelementes (29) größer als der halbe lichte Innendurchmesser der Schraubenfeder (19) ist.

7. Prüfstand nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Ausrichtelement (29) insgesamt als Kugel ausgebildet ist, die mit ihrem oberen Endabschnitt in den unteren Endabschnitt der Schraubenfeder (19) bzw. in einen an seiner Unterseite mit einer der Kugelform angepaßten Ausnehmung (30) versehenen unteren Federteller (31) greift, an dessen Oberseite der untere Endabschnitt der Schraubenfeder (19) abgestützt sowie vorzugsweise formschlüssig gehalten ist, und die an ihrem unteren Endabschnitt in einer der Kugelform angepaßten Aufnahme (32) des Rahmens (6) od. dgl. gelagert ist.

8. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Abstützung der Schraubenfeder (19) an einem an dem Rahmen (6) od. dgl. abgestützen Arm (20) angeordnet ist, der an seinem einem Endabschnitt mittels eines fünften Gelenkes (21) am Rahmen (6) od. dgl. angelenkt ist.

9. Prüfstand nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige(n) Gleitfläche(n) des Stütz- und Ausrichtelements (29) und/oder einer mit dieser im Eingriff stehenden Lagerfläche reibungsmindernd ausgebildet ist.

10. Prüfungstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die kugelförmige(n) Gleitfläche(n) poliert und/oder mit einem reibungsmindernden Material wie Tretafluorethylen beschichtet ist (sind).

11. Prüfungstand nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige(n) Gleitfläche(n) mit einem Schmierstoff versehen ist (sind).

12. Prüfstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz- und Ausrichtelement (29) als Kardangelenk ausgebildet ist, welches an seinem einen Anschlußende mit der Schraubenfeder (19) und an seinem anderen Anschlußende mit dem Rahmen (6) od. dgl. verbunden ist.

13. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß (ggf. zusätzlich) zwischen dem oberen Endabschnitt (19') der Schraubenfeder (19) und dem Kragarm (17) ein Stütz- und Ausrichtelement (29) vorgesehen ist.

14. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungslenker (13) i. w. vertikal angeordnet ist; und daß die beiden parallel zueinander angeordneten Hebel (11, 15) des Lenkergestänges i. w. die gleiche Länge (1) aufweisen, wobei der erste Hebel (11) im Ruhezustand mit dem Verbindungslenker (13) einen spitzen Winkel (α) einschließt.

15. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insb. nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelachse (22) der Schraubenfedern (19) im Ruhezustand (Fig. 1, 8) i. w. parallel zum Verbindungslenker (13) verläuft.

16. Prüfstand nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (19) im eingebauten Zustand so vorgespannt ist, daß sie auch bei größtem (Schwingungs-)Ausschlag der Kontaktfläche (18) des Kragarms (17) noch unter Vorspannung steht.