DE102007030892A1

DE102007030892A1 - Verfahren zum Messen von Beugemomenten an einem Gelenk und Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007030892A1
Application number: DE102007030892A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Bechtold; Lothar Gebhardt; Christian Dr. Schaufler; Horst Ströbel; Holger Tetting
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-11-20
Also published as: WO2008138681A2; WO2008138681A3; US20080276721A1; US7762145B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Beugemomenten an einem Gelenk (12), wobei das Gelenk (12) zumindest aus zwei Gelenkabschnitten (11, 13) gebildet ist, die um wenigstens eine Beugeachse (14, 15) gegeneinander beugsam sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Beugemomenten an einem Gelenk, wobei das Gelenk zumindest aus zwei Gelenkabschnitten gebildet ist, die um wenigstens eine Beugeachse gegeneinander beugsam sind, bei dem das Gelenk gebeugt wird, indem ein erster Gelenkabschnitt gegenüber einem fest eingespannten zweiten Gelenkabschnitt um eine Schwenkachse geschwenkt wird.
Hintergrund der Erfindung
Der Gegenstand der Erfindung betrifft die Gattung Messanordnungen zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften von Beugemomenten an einzelnen Gelenken. In diesem Fall dienen die Hebel zur Vereinfachung der Aufnahme und Messung als Verlängerung eines Gelenkabschnitts. Alternativ sind die Hebel Gelenkwellenabschnitte von Gelenkwellen, beispielsweise von Ge lenkwellen aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, wenn die Beugemomente von kompletten Gelenkwellenanordnungen gemessen werden. Die Gelenkwellenabschnitte sind über ein Gelenk mit einem weiteren Gelenkwellenabschnitt gelenkig verbunden.
Die Reaktionskräfte bzw. Reaktionsmomente entstehen in der Vorrichtung als Reaktionen auf Beugemomente in den Gelenken, wenn Gelenke gebeugt werden. Das Beugemoment ist in Gelenkwellenanordnungen des Antriebsstrangs von Fahrzeugen ein Maß für das in der Gelenkanordnung vorherrschende Spiel. Das Spiel ist beispielsweise in so genannten Gleichlaufgelenken aber insbesondere in Zapfenkreuzgelenken ein Bewertungskriterium für die Funktion der Gelenkwellenanordnung. Durch zu großes Spiel können Unwuchten um die Rotationsachsen der Gelenkwellenabschnitte entstehen.
Als Beugemoment wird der Widerstand im Gelenkknickpunkt eines Gelenkes bezeichnet, der dem Beugen von zwei mit dem Gelenk verbundenen Gelenkwellenabschnitten spürbar und somit messbar entgegen gerichtet ist. Das Beugemoment ist vom Aufbau der gelenkigen Verbindung abhängig und setzt sich beispielsweise an einem Gelenk einer Gelenkwelle eines Kraftfahrzeugs aus Reibmomenten und aus weiteren Widerständen des Wälzkontakts zusammen. In derartigen Gelenken wird der Wert des Beugemoments an der Spielfreiheit des Gelenks festgelegt. Die Gelenke werden bewusst unter Vorspannung montiert. So wird beispielsweise zwischen den Stirnseiten der Zapfenkreuze und den Böden der Gelenkkreuzbüchsen absichtlich Reibung eingestellt. Mit der Messung des Beugemoments kann dieser Widerstand zusammen mit weiteren Widerständen, beispielsweise zusammen mit den Widerständen aus den Radialwälzlagern der Gelenkkreuzbüchsen, überprüft werden. Dazu wird ein Gelenkabschnitt der Gelenkwellenanordnung festgehalten und der andere um eine der Achsen des Zapfenkreuzes um Winkel bis 90° oder um andere Winkel beliebiger Größe geschwenkt.
Mit Gleichlaufgelenken wird zwischen zwei Gelenkwellenabschnitten eine gelenkige und Drehmomente übertragende Verbindung hergestellt, die axiale Relativbewegungen zwischen den Gelenkwellenabschnitten zulassen muss. Dazu weisen die Gelenke in der Regel in Laufbahnen geführte Wälzkörper auf, an denen die zwei Gelenkabschnitte relativ zueinander axialbeweglich abwälzen und über die die Gelenkabschnitte in Umfangsrichtung formschlüssig Drehmomente übertragend miteinander im Eingriff stehen. Die Reibmomente sollten in dieser Anordnung möglichst gering sein.
Zapfenkreuzgelenke sind Drehmomente übertragende gelenkige Verbindungen zwischen zwei Gelenkellenabschnitten, die in allen Richtungen möglichst spielfrei sind. In Zapfenkreuzgelenken ist jeder der Gelenkwellenabschnitte mit einer Gelenkgabel versehen. Die beiden Gelenkgabeln sind mittels eines Gelenkkreuzes um zwei Gelenkachsen schwenkbar verbunden und sind dazu in der Regel möglichst reibungsarm auf den Zapfen des Gelenkkreuzes mittels Wälzlagern gelagert. Jede der Gelenkachsen entspricht einer der Achsen des Zapfenkreuzes, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die sich im Mittelpunkt des Gelenkkreuzes kreuzen.
Geringes Spiel in Gelenkanordnungen ist wichtig für die Funktion der Gelenkwelle. Da die Gleichlaufgelenke axialen Ausgleich zulassen sollen, ist das Spiel positiv. Positive Spiele sind Luftspalte zwischen den aneinander gelagerten Elementen, die so gering wie möglich sein sollten aber vorhanden sind, auch um die Beugemomente gering zu halten. In den Zapfenkreuzgelenkanordnungen sind die Zapfenkreuze und die Gelenkgabeln dagegen, wie anfangs erwähnt, spielfrei und unter Vorspannung gegeneinander beweglich aneinander montiert. Die Elemente sind, um die Spielfreiheit abzusichern, vorzugsweise mit negativen Spiel also mit Vorspannung zueinander montiert. Ein Maß für die Spielfreiheit oder das Maß für die Vorspannung, mit dem die Gelenkgabeln und das Zapfenkreuz miteinander montiert werden sollen oder montiert sind, ist das Beugemoment, mit dem sich das vorgespannte Gelenk um die jeweilige Gelenkachse beugen lässt.
DE 39 22 194 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung der allgemeinsten Form zum Messen von Beugemomenten in Zapfenkreuzgelenkanord nungen. Die Vorrichtung ist durch eine Halterung gebildet, mit der ein Gelenkwellenabschnitt ortsfest gehalten ist. Die Gelenkgabel dieses Gelenkabschnitts ist so in der Vorrichtung orientiert, dass der andere Gelenkwellenabschnitt durch einen Schwenkantrieb angetrieben um die Gelenkachsen des Zapfenkreuzes schwenkbar ist. Zwischen dem schwenkbeweglichen Gelenkabschnitt und dem Schwenkantrieb ist ein Biegestab angeordnet, dessen Fasern der Außenhaut abhängig von Beugerichtung und Widerstand des Gelenkes gestreckt oder gestaucht werden. Auf der Außenhaut sind Dehnmessstreifen angeordnet, mit denen die Änderungen der Fasern erfasst und in entsprechende elektrische Spannungsgrößen umgewandelt werden. Der Schwenkantrieb ist mit einer Radialführung und daran anschließend über ein Kugelgelenk mit dem Biegestab gelenkig verbunden. Die Radialführung ist mittels des Schwenkantriebs mit einem Schwenkwinkel von 90° um die Rotationsachse der Gelenkwellenanordnung im Rotationssinne schwenkbar.
Mit dem in DE 39 22 194 C1 beschriebenen Verfahren werden in der Vorrichtung die beim Beugen des beweglichen Gelenkabschnitts gegenüber dem starren Gelenkabschnitt um die beiden Gelenkachsen entgegenwirkenden Biegemomente gemessen. Dazu wird eine Radialführung mittels des Schwenkantriebs auf einem Bogen um 90° im Rotationssinne um die Rotationsachse geschwenkt. Dabei werden die an den Gelenkachsen entgegenwirkenden Beugemomente zunächst in Form von Spannungsgrößen an den Dehnmessstreifen des Biegestabs erfasst. Diese Spannungsgrößen sind Biegemomenten proportional, werden aufgezeichnet und wahlweise umgerechnet und in einer Anzeigeneinrichtung lesbar angezeigt.
DE 41 02 278 A1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Messen von Kräften und Momenten in Gelenkwellenanordnungen mit Gleichlaufgelenken. Diese Vorrichtung weist eine ortsfeste Aufnahme auf, in der fest einer der Gelenkabschnitte aufgenommen ist. Der andere Gelenkwellenabschnitt ist durch das Gelenk zu dem festen Gelenkwellenabschnitt schwenkbar. Auf der Schwenkachse ist zwischen dem Angriff des Schwenkantriebs und dem Gelenk eine sogenannte Kraftmesseinrichtung zu Kraft-Wegmessung angeordnet, in der der schwenkbare Gelenkwellenabschnitt aufgenommen ist. Die Beugemomente werden an Kraftmesssensoren als Auslenkungen (-Weg durch Kraft) erfasst, die in der Vorrichtung durch Reaktionskräfte auf die Momente an dem Lager verursacht sind.
Ein Gewichtsanteil des ersten Gelenkwellenabschnitts stützt sich in der Aufnahme ab. Ein weiterer Gewichtsanteil des ersten Gelenkwellenabschnitts wird sich im Gelenk abstützen. Gelenkwellenabschnitte sind schwer, so dass die abzustützenden Gewichtsanteil relativ hoch sind. Es werden abhängig vom Massenschwerpunkt des ersten Gelenkwellenabschnitts, von dem Abstand Beugeachse zur Auflage in Aufnahme und vom Hebel des Massenschwerpunkts zu Beugeachse zusätzliche Kräfte und Momente im Gelenk erzeugt. Der Einfluss dieses Gewichtsanteil auf die Beugemomente im Gelenk kann deshalb relativ hoch und höher sein als die eigentlichen ursprünglichen der Lagerung auftretenden Beugemomente. Die Messergebnisse können verfälscht werden. Deshalb muss vor Beginn der Messungen der Beugemomente jeder neu in die Vorrichtung eingelegten Gelenkwelle aufwändig kalibriert werden. Durch dieses Kalibrieren kann jedoch der Einfluss des Gewichts auf die Beugemomente nicht ausgeschlossen werden, da die Größe des Einflusses kaum zu ermitteln ist und von Messanordnung zu Messanordnung wechselt. Die Messergebnisse sind dementsprechend fehlerbehaftet.
In der Anordnung nach DE 41 02 278 A1 ist ein Gelenkwellenabschnitt in einer Aufnahme aufgenommen, die mittels elastischer Mittel an Trägern in der Kraftmesseinrichtung radial- und axialbeweglich aufgehängt ist. Träger sind ortsfest beispielsweise auf einer Grundplatte der Messeinrichtung befestigt. Die elastischen Elemente sollen den axialen und radiale Bewegungen möglichst keine Rückstellkräfte entgegensetzen. Zwischen der radial- und axialbeweglich aufgehängten Aufnahme und den unbeweglichen Trägern sind Kraftmesssensoren angeordnet.
Mit Kraftmesssensoren werden in der Regel nicht direkt die Kräfte gemessen, die auf den Sensor wirken. Diese Sensoren reagieren auf die Verlagerung von Objekten aus einer Ausgangsposition mit Verlagerungen von sensorischen Elementen beziehungsweise durch deren Verformung. Die Verlagerungen und die Verformungen resultieren aus Kräften beziehungsweise Momenten. Die Reaktionen in der Vorrichtung sind zunächst Verlagerungen gegen definierte Widerstände und dann die Verlagerung beziehungsweise Verformung der sensorischen Elemente. In einer Auswerteeinrichtung wird schließlich die Umrechnung von Signalen aus Verformung in Kraftmesswerte umgerechnet.
Mit Kraftaufnehmern können meist sowohl Druck-, Scher- und Zugkräfte gemessen werden. Die meisten Kraftaufnehmer arbeiten mit mindestens einem federelastischen Körper, dessen elastische Verformung gemessen wird oder reagieren in anderer Weise, wie zum Beispiel mit ortsveränderlichen Elementen auf Positionsänderungen. Beispiele für derartige Sensoren sind Zug- und Druckstäbe beziehungsweise Biegebalken oder Membran-Kraftaufnehmer mit Dehnmessstreifen.
Alternative Kraftmesssensoren sind beispielsweise Piezo-Kraftaufnehmer die auf Druck reagieren. In einem Piezokeramik-Element entsteht durch Krafteinwirkung eine Spannung, die proportional zur Kraft ist. Diese Spannung kann gemessen werden. Denkbar ist auch der Einsatz aller geeigneten Kraftaufnehmer wie zum Beispiel Kraftaufnehmer mit elektromagnetischer Kompensation oder andere Kraftaufnehmer mit Abstandssensoren und Stromregelung.
In DE 41 02 278 A1 ist eine Messeinrichtung beschrieben, in der die Aufnahme auf elastischen Elementen an einem beweglichen Träger abgestützt ist. Die elastischen Elemente sind scharnierartig nur in die Schwenkrichtungen elastisch nachgiebig, in die der Gelenkwellenabschnitt zur Messung von Beugemomenten geschwenkt wird. Die Beugemomente werden an Sensoren als Auslenkungen der Aufnahme aus einer Ruhelage beziehungsweise Position erfasst. Die Auslenkungen sind durch Reaktionskräfte auf die Momente an dem Lager verursacht. Zwischen festen Trägern und dem beweglichen Gelenkwel lenabschnitt sind jeweils Sensoren angeordnet, die durch die Auslenkung des Gelenkwellenabschnitts beaufschlagt sind. Form- und Lageabweichungen, wie zum Beispiel Fluchtungsfehler zwischen den Rotationsachsen der Hebel und der Längsachse der Aufnahme in der Vorrichtung, können dazu führen, das die Aufnahme nach dem Einlegen des Hebels und noch vor Beginn der Messungen eine Position einnimmt, die nicht der Ruhestellung der Aufnahme vor dem Messen entspricht, denn die Aufnahme ist federelastisch befestigt und weicht Zwangsbewegungen aus den Abweichungen aus. Da die Sensorik des gattungsbildenden Standes der Technik dauerhaft im Kontakt mit der Aufnahme steht, werden diese ungewollten Verlagerungen schon in der Ruhestellung als Rückstellmomente- oder Kräfte erfasst und verfälschen die eigentlichen Messwerte. Deshalb muss deren Einfluss vor Beginn jeder neuen Messung durch Kalibrieren ausgeschlossen werden.
Wie in DE 41 02 278 A1 beschrieben ist, sind die Messwerte durch eine axiale Bewegungen ausgleichende Kupplung und durch Rückstellmomente der elastischen Elemente beeinflusst. Weiterhin ist die Genauigkeit der Messergebnisse von Art und Ausführung und Angriff des Schwenkantriebs ab. Der Schwenkantrieb muss sehr feinfühlig und stetig sein, um negative Beeinflussungen der Messergebnisse zu vermeiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Messen von Beugemomenten an Gelenken von Gelenkwellen zu schaffen, mit dem Beugemomente sehr genau unter Ausschluss möglichst aller unerwünschten Fremdeinwirkungen gemessen werden können. Weiterhin ist es die Aufgabe eine Messeinrichtung zu schaffen, mit der dieses Verfahren verwirklicht werden kann.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Mit dem Verfahren sind die Beugemomente an allen Typen von Gelenken und Gelenkwellen messbar, die mindestens zwei mittels Gelenk gelenkig verbundene Gelenkabschnitte oder Gelenkwellenabschnitte aufweisen. Dabei werden entweder Beugemomente auf beide Gelenkabschnitte/Gelenkwellenabschnitte aufgebracht oder bevorzugt einer der Gelenkabschnitte/Gelenkwellenabschnitte gebeugt und der andere fest eingespannt. Das Verfahren ist vorzugsweise in mindestens drei Verfahrensabschnitte eingeteilt, die beispielsweise wie nachfolgend beschrieben gestaltet sind aber hinsichtlich der Schritte auch in geänderter Reihenfolge vorgenommen werden können:
– Erster Verfahrensabschnitt: Vorbereitungen der Messung
Der bei der Messung später vorzugsweise fest eingespannte Gelenkwellenabschnitt/Gelenkwelle wird in die Messeinrichtung, vorzugsweise in zwei verschiebbare Prismenaufnahmen oder auch in einen Kraftmessblock eingelegt.
Die Mitte des Gelenks wird dann in einem nächsten Schritt zunächst grob zu einem Zentrierdorn ausgerichtet. In Gelenkwellenanordnungen mit Kreuzgelenken wird das Gelenk so ausgerichtet, dass zunächst eine Beugeachse in die gleiche Richtung ausgerichtet ist wie die Mittelachse des Zentrierdorns. Zu einem späteren Zeitpunkt wird dann das Gelenk um die andere Beugeachse um 90° gedreht, so dass dann die andere Beugeachse in die gleiche Richtung ausgerichtet ist wie die Mittelachse des Zentrierdorns, und die dieses wiederholt.
Der später beim Messen schwenkbar angeordnete Gelenkwellenabschnitt ist zu Unterscheidungszwecken erster Gelenkwellenabschnitt oder erster Gelenkabschnitt genannt.
In einem nächsten Schritt wird der erste Gelenkwellenabschnitt in eine vorzugsweise spielfrei vorspannende und nachfolgend noch näher beschriebene Aufnahme der eigentlichen Vorrichtung zum Messen der Reaktionen aus den Beugemomenten eingelegt/eingerastet. Der erste Gelenkwellenabschnitt ist in dieser Aufnahme in radiale Richtungen zwar vorzugsweise spielfrei eingespannt, kann jedoch entlang seiner Längsachse/Rotationsachse verschoben werden.
Der erste Gelenkwellenabschnitt wird längs seiner Längsachse zunächst grob so orientiert, dass der Massenschwerpunkt des ersten Gelenkwellenabschnitts in der Vorrichtung mit einem Abstand zur Schwenkachse abgestützt ist, der zu dem Abstand gleich ist, mit dem auch später die Kräfte des Schwenkantriebs in die Vorrichtung eingeleitet werden.
Dann wird der Zentrierdorn ausgefahren und beispielsweise in ein Auge der Gelenkgabel oder in eine andere Zentrieröffnung eingefahren, deren Zentralachse die Beugeachse ist, so dass die Schwenkachse der Messanordnung und die Beugeachse des Gelenks nach dem Zentrieren konzentrisch zueinander sind.
Der zweite Gelenkwellenabschnitt wird fest eingespannt.
Der Zentrierdorn wird aus dem Auge heraus und wieder eingefahren.
Eingabe des Abstandes, mit dem der Massenschwerpunkt zur Schwenkachse beabstandet, ist als Parameter in die Auswertungssoftware.
Einstellen von Parametern alternativ oder gemeinsam:

– Grenzwerte (zulässige Schwenkgeschwindigkeit oder beispielsweise der Beugemomente)
– zulässige Toleranzen der Beugemomente und Schwenkwinkel für beide Richtungen separat
– Anzahl der Einlaufbeugungen
– Messwinkel (Schwenkwinkel, um den der erste Gelenkwellenabschnitt während der Messungen geschwenkt wird)

Zweiter Verfahrensabschnitt: Messungen

Messstart über das Bedienpult;
Ein Antriebsrad rollt an einer bogenförmig gestalteten Abtriebsbahn entweder form- oder kraftschlüssig gegen diese vorgespannt ab und treibt diese fest mit dem Schwenkarm verbundene Abtriebsbahn an.

Der Schwenkarm wird mindestens zweimal (je nach Einstellung der Anzahl) zur Überwindung von Losbrech- und/oder Walkwiderständen um die Schwenkachse = Beugeachse geschwenkt (Einlaufbeugungen), ohne dass die von der Vorrichtung erfassten Reaktionskräfte ausgewertet werden.

Schwenken des Schwenkarms und Aufzeichnen der Messergebnisse beispielsweise in einem Winkelbereich von 35° < α < +35°;
Messen der Winkelwerte mittels eines Absolutdrehgebers;
Kontinuierliche Messung und Aufzeichnung der Kraftmessergebnisse;
Denkbar ist auch das Aufbringen von verschiedenen definierten Kräften in Richtungen beziehungsweise aus Richtungen, die nicht der Schwenkrichtung entsprechen.

Dritter Verfahrensabschnitt: Auswertung

Auswertung der Ergebnisse-Berechnung der Beugemomente aus Kraftmesswerten und Hebel;
Darstellung der Ergebnisse vorzugsweise an einem Display bevorzugt als Verlauf des Beugemomentes über dem Beugewinkel vom Start bis zum Umkehrpunkt und wieder zurück;
Auswertung alternativ bezüglich folgender Merkmale, die auch beliebig in Reihenfolge und Art miteinander kombinierbar sind: – minimales/maximales Moment in bestimmten einstellbaren Winkelbereichen – Mittelwerte der Beugemomente in beide Richtungen

Unter Prismenaufnahme sind in der Messtechnik und im Maschinenbau Aufnahmen zu verstehen, die einen V-förmigen Ausschnitt zur Auflage von insbesondere von außenzylindrischen Objekten aufweisen. Diese Objekte liegen in der V-förmigen Aufnahme jeweils an einem Schenkel des V so an, dass die Längsachse zwischen den Schenkeln hindurch verläuft (Zweipunktauflage in dem Prisma). In derartigen Aufnahmen sind die Objekte wie Wellen durch ihr Eigengewicht und hinsichtlich ihrer Längsachse/Rotationsachse zentrierbar und ohne zu wackeln stabilisiert. Die Abstände der Prismenaufnahmen zueinander sind in Richtung Längsachse des Gelenkwellenabschnitts verstellbar, um die Messanordnung auf verschiedene Größen verschiedener Gelenkwellenabschnitte einzustellen.
Der in der Messanordnung fest eingespannte Gelenkwellenabschnitt ist zu Unterscheidungszwecken in diesem Dokument mit zweiter Gelenkwellenabschnitt bezeichnet.
Walkwiderstände sind die Widerstände, die durch Fett in Wälzlagern, beispielsweise in den Gelenkkreuzbüchsen, hervorgerufen werden. Dass das Fett ist in den bisher ungenutzten Wälzlagern noch nicht ausreichend verteilt und behindert die Abrollbewegungen von Wälzkörpern. Der gleiche Effekt tritt auf, wenn das Fett aufgrund niedriger Außentemperaturen eine zu feste Konsistenz aufweist. Diese Walkwiderstände werden durch mindestens zweimaliges Schwenken und Verteilen bzw. Weichwalken überwunden. Dieses Schwenken vor Beginn der Messungen wird als Einlaufbeugungen bezeichnet.
Die Erfindung sieht weiterhin eine Messanordnung vor, mit der das beanspruchte Verfahren durchgeführt werden kann. Die Messanordnung weist mindestens einen um die Schwenkachse schwenkbaren Schwenkarm, die auf dem Schwenkarm sitzende Vorrichtung (Kraftmessaufnehmer) und den Schwenkantrieb für den Schwenkarm und Spanneinrichtungen für den fest eingespannten Gelenkwellenabschnitt auf. Die gesamte Messeanordnung ist vorzugsweise auf einem massiven nivellierbaren Grundgestell angeordnet. In das Grundgestell kann auch ein Schaltschrank sowie die Auswerteelektronik integriert sein. Auf dem Grundgestell sind vorzugsweise auf einer Grundplatte alle Komponenten der Messeinrichtung montiert. Mittels der Messeinrichtung können Gelenkwellen mit einem oder mit mehreren Gelenken geprüft werden.
Unter Nivellieren versteht man in diesem Fall das exakte Ausrichten aller Höhenunterschiede der ebenen Grundplatte an eine waagerechte Ebene. Zu diesem Zweck ist das Grundgestell an mehreren Stellen vorzugsweise mit eingefassten Libellen versehen. Eine Libelle ist der in der Messtechnik ein mit einer Flüssigkeit und einer Gasblase gefüllter Glas- bzw. Kunststoffhohlkörper zur Überprüfung der horizontalen bzw. vertikalen Lage eines Gegenstandes.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele dazu werden nachfolgend in Kapitel "Beschreibung der Zeichnungen" beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Messanordnung mit einer Vorrichtung zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem um eine Gelenkachse schwenkbaren oder drehbaren Hebel,
2 die Vorrichtung nach 1 in einer Messanordnung, in der die Beugemomente einer Gelenkwellenanordnung gemessen oder verglichen werden,
3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach 1 und 2, und
4 Eine Draufsicht auf die Kraftmesssensorik anhand einer Schnittdarstellung der Vorrichtung, geschnitten entlang der Linie IV-IV nach 3.
5 eine Gesamtansicht der Messanordnung ohne Grundplatte und ohne Grundgestell,
6 die Messanordnung mit Grundgestell in einer Draufsicht,
7 die Messanordnung nach 6 in einem Längsschnitt, geschnitten entlang der Linie VII-VII in 6,
8 das vergrößert dargestellte Detail Z aus 7,
9 eine Prinzipskizze zur Anordnung, zu den Parametern und zum Ausführen der Messung in einer Seitenansicht
10 die Prinzipskizze der Anordnung nach 6 in einer Draufsicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist in einer Messanordnung 7 eine Vorrichtung 1 zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem Hebel 2 gezeigt. Eine Aufnahme 9 nimmt den Hebel 2 auf. Die Vorrichtung 1 ist mit dem Hebel 2 um eine Drehachse 3 zumindest schwenkbar oder auf einer Kreisbahn um die Drehachse 3 drehbar. Die Drehachse 3 ist in diesem Beispiel horizontal ausgerichtet, kann aber auch vertikal oder beliebig anders ausgerichtet sein. Die Vorrichtung 1 ist zu der Drehachse 3 radial beabstandet und mit dem Hebel 2 um die Drehachse 3 schwenkbar/drehbar.
Der Hebel 2 ist fest mit einer Drehverbindung 4 verbunden. Diese Drehverbindung 4 kann beispielsweise ein Gleit- oder Wälzlager sein. Der Hebel 2 ist dann zum Beispiel mit dem Außenring 5 des Lagers verbunden. Das Gewicht des Hebels 2 stützt sich üblicherweise an dem Zapfen 6 ab, der Bestandteil der Vorrichtung 1 und an dieser ortsfest ist und auf dem die Drehverbindung 4 bzw. ein Lager sitzt. Da die Gewichtskraft FG mit Abstand zur Zapfenmitte (zur Drehachse 3) am Hebel angreift, entstehen Querkräfte in der Drehverbindung 4. Derartige Querkräfte erzeugen in der Drehverbindung zusätzliche Momente die die ursprünglichen Momente der Drehverbindung 4 überlagern und somit unerwünscht sind. Deshalb ist der Hebel 2 vorzugsweise an seinem Massenschwerpunkt 8 in der Aufnahme 9 aufgenommen, so dass die Drehverbindung 4 von den Einflüssen der Gewichtskraft FG frei ist.
In 2 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Messanordnung 10 zur Messung von Beugemomenten eines Gelenks 12 in Form eines Zapfenkreuzgelenkes, das zwei schwenkbewegliche Gelenkwellenabschnitte 11 und 13 gelenkig verbindet. Der Hebel 2 ist der erste Gelenkwellenabschnitt 11, der mittels eines Gelenkes 12 mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt 13 gelenkig verbunden ist. In 9 und 10 ist die Anordnung schematisch dargestellt.
Die in Darstellungen 9 und 10 mit dem Bezugszeichen 56 versehene Gelenkwelle kann alternativ nur aus den beiden Gelenkwellenabschnitten 11 und 13 gebildet sein aber auch einen weiteren Gelenkwellenabschnitt 57 aufweisen.
Verfahren:
Der bei der Messung später fest eingespannte zweite Gelenkwellenabschnitt 13 der zu prüfenden Gelenkwelle 56 wird in die Messeinrichtung 10 in Prismenaufnahmen 58 (s. a. 6) eingelegt.
Die Mitte des Gelenks 12 (Beugeachse 14) wird dann in einem nächsten Schritt zunächst grob zu einem Zentrierdorn 59 ausgerichtet (8). In Gelenkwellenanordnungen mit Kreuzgelenken wird das Gelenk 12 so ausgerichtet, dass zunächst eine Beugeachse 14 in die gleiche Richtung ausgerichtet ist wie die Mittelachse des Zentrierdorns 59. Zu einem späteren Zeitpunkt wird dann zur Vorbereitung der Messung um die andere Beugeachse 15 das Gelenk um 90° gedreht, so dass dann die andere Beugeachse 15 in die gleiche Richtung ausgerichtet ist wie die Mittelachse 60 des Zentrierdorns 59.
In einem nächsten Schritt wird der erste Gelenkwellenabschnitt 11 in eine vorzugsweise spielfrei vorspannende und nachfolgend noch näher beschriebene Aufnahme 9 der eigentlichen Vorrichtung 1 zum Messen der Reaktionen aus den Beugemomenten eingelegt/eingerastet. Der erste Gelenkwellenabschnitt 11 ist in dieser Aufnahme 9 in radiale Richtungen zwar vorzugsweise spielfrei eingespannt, kann jedoch entlang seiner Längsachse 22/Rotationsachse verschoben werden.
Der erste Gelenkwellenabschnitt 11 wird längs seiner Längsachse zunächst grob so orientiert, dass der Massenschwerpunkt 8 des ersten Gelenkwellenabschnitts 11 in der Vorrichtung 1 mit dem Abstand A zur Schwenkachse 60 abgestützt ist, an dem auch später die Kräfte des Schwenkantriebs 61 eingeleitet werden. Wie aus 8 hervorgeht, entspricht die Mittelachse 60 des Zentrierdorns 59 der Schwenkachse 60.
Dann wird der Zentrierdorn 59 ausgefahren und beispielsweise in ein Auge der Gelenkgabel des Gelenks 12 oder in eine andere Zentrieröffnung 62 eingefahren, deren Zentralachse die Beugeachse 14 ist, so dass die Schwenkachse 60 der Messanordnung und die Beugeachse 14 des Gelenks 12 nach dem zentrieren konzentrisch zueinander sind (8).
Der zweite Gelenkwellenabschnitt 13 wird fest eingespannt.
Der Zentrierdorn 59 wird aus der Zentrieröffnung 62 heraus und wieder eingefahren.
Eingabe des Abstandes A, als Parameter in die Software.

Messstart über das Bedienpult-Display 63 (7);
Starten des Schwenkantriebs 61.

Der Schwenkarm 64 wird mindestens zweimal zur Überwindung von Losbrech- und/oder Walkwiderständen um die Schwenkachse= Beugeachse 14 geschwenkt (Einlaufbeugungen), ohne dass die von der Vorrichtung 9 erfassten Reaktionskräfte ausgewertet werden.

Schwenken des Schwenkarms 64 und Aufzeichnen der Messergebnisse beispielsweise in einem Winkelbereich von +/– α;
Messen der Winkelwerte mittels eines Absolutdrehgebers;
Kontinuierliche Messung und Aufzeichnung der Kraftmessergebnisse;
Denkbar ist auch das Aufbringen von verschiedenen definierten Kräften in Richtungen beziehungsweise aus Richtungen, die nicht der Schwenkrichtung Y entsprechen.
Auswertung der Ergebnisse-Berechnung der Beugemomente aus Kraftmesswerten und Abstand A;
Darstellung der Ergebnisse vorzugsweise an einem Display 63 bevorzugt als Verlauf des Beugemomentes über dem Beugewinkel α vom Start bis zum Umkehrpunkt und wieder zurück;
In der Darstellung nach 2 wird die Vorrichtung 1 mit dem Gelenkwellenabschnitt um die vertikal ausgerichtete Beugeachse 14 geschwenkt. Denkbar ist auch, dass Messungen um die in der Darstellung horizontal ausgerichtete Beugeachse 15 vorgenommen werden. Üblich ist, dass zunächst Messungen um die schon im Bild vertikal orientierte Beugeachse 14 ausgeführt werden, dann die Gelenkwellenanordnung mit Gelenk 12 so gedreht wird, dass die bisher horizontal ausgerichtete Beugeachse 14 vertikal orientiert ist, und dann der Gelenkwellenabschnitt zu weiteren Messungen um die Beugeachse 15 gebeugt wird. Die Vorrichtung 1 verhindert, dass das Gelenk 12 bei Messungen des Drehmomentes um die vertikal ausgerichtete Achse 14 nicht um die horizontale Achse 15 einknickt.

Die Gewichtskraft FG des Hebels 2 beziehungsweise des ersten Gelenkswellenabschnittes 11 ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an einer ersten Kugel 16 abgestützt. Seitlich ist der Hebel 2 bzw. erste Gelenkwellenabschnitt 11 zwischen zwei sich einander gegenüberliegenden zweiten Kugeln 17 und 18 geführt und eingespannt (siehe auch 3). Die zweiten Kugeln 17 und 18 übertragen an der schwenkenden Vorrichtung 1 die Kräfte, die aus den in der Messanordnung 10 zu messenden Drehmomenten resultieren.
Die 5 bis 7 zeigen eine Messanordnung 10, mit der das beanspruchte Verfahren durchgeführt werden kann. Die Messanordnung 10 weist mindestens einen um die Schwenkachse 60 schwenkbaren Schwenkarm 64, die auf dem Schwenkarm sitzende Vorrichtung 1 (Kraftmessaufnehmer) den Schwenkantrieb 61 für den Schwenkarm und Spanneinrichtungen 65 für den fest eingespannten Gelenkwellenabschnitt auf. Die gesamte Messeanordnung 10 ist vorzugsweise auf einem massiven nivellierbaren Grundgestell 66 angeordnet. In das Grundgestell 66 kann auch ein Schaltschrank 67 sowie die Auswerteelektronik integriert sein. Auf dem Grundgestell 66 sind vorzugsweise auf einer Grundplatte 68 alle Komponenten der Messanordnung 10 montiert. Mittels der Messanordnung 10 können Gelenkwellen 56 mit einem oder mit mehreren Gelenken 12 geprüft werden. Das Grundgestell 66 an mehreren Stellen vorzugsweise mit eingefassten Libellen 69 zur Überprüfung der horizontalen Lage der Grundplatte 68 versehen.
Der kleinste Abstand zur Schwenkachse 60, mit dem der Schwenkantrieb 61 an dem Schwenkarm 64 angreift größer ist als der größte Abstand A, mit dem der Massenschwerpunkt 8 des Gelenkwellenabschnitt 11 von der Beugeachse/Schwenkachse 60 entfernt ist. Und somit ist der kleinste Abstand H zur Schwenkachse 60, mit dem der Schwenkantrieb 61 an dem Schwenkarm 64 angreift größer als der größte Abstand, mit dem die Vorrichtung 1 zur Schwenkachse 60 beabstandet auf dem Schwenkarm 64 sitzt. Die erforderlichen Antriebskräfte des Schwenkantriebs 61 sind gering. Die Messergebnisse sind genauer- denn, würde der Schwenkantrieb 61 näher an der Schwenkachse 60 liegen, als die Aufnahme 9, so müsste zum einen der Schwenkantrieb 61 höhere Antriebskräfte aufbringen und somit stärker ausgelegt sein und zum anderen würde die Massenträgheit der Vorrichtung 1 sowie des Gelenkwellenabschnitts 11 die Messergebnisse nachteilig beeinflussen – denn die Massenschwerpunkte des Gelenkwellenabschnitts und des Schwenkhebels würden in diesem Fall weiter von der Schwenkachse 60 weg sein als der Antrieb.
5 und 8 – Der Zentrierdorn 59 ist mindestens zweiteilig ausgebildet und Bestandteil der Schwenkvorrichtung 76. Die Mittelachse der Schwenkvorrichtung 76 ist die Schwenkachse 60. Die Schwenkvorrichtung 76 ist weiterhin aus der Betätigung 85 für den Zentrierdorn 59, aus einem Schwenkzapfen 77 und aus einer Lagerung 78 gebildet. Der Schwenkzapfen 77 ist mit dem Schwenkarm 64 fest verbunden und mittels der Lagerung 78 um die Schwenkachse 60 drehbar in der Grundplatte 68 aufgenommen. Der Schwenkzapfen 77 weist stirnseitig eine Führung 79 auf, in der ein Schaft 80 des Zentrierdorns 59 sitzt. Die Führung 79 ist mit einer Kulissenbahn 81 versehen. Aus der Kulissenbahn 81 steht ein Betätigungshebel 82 für den Zentrierdorn 59 hervor. Der Betätigungshebel 82 ist mit dem Schaft 80 verbunden. Der Schaft 80 ist mittels einer Feder 83 vorgespannt und mittels des Betätigungshebels 82 und der Kulissenbahn 81 in der Führung 79 zurückgehalten. Auf dem Schaft 80 sitzt als weiterer Bestandteil des Zentrierdorns 59 ein Adapter 84, der den Innenkonturen der Zentrieröffnung 62 am Gelenk 12 angepasst und bei Umrüstungen schnell austauschbar ist. Zum Anheben des Zentrierdorns 59 wird der Betätigungshebel 82 zunächst in der Horizontalen um die Schwenkachse 60 geschwenkt und bewegt sich dann durch die Federvorspannung in der Kulissenbahn 81 vertikal nach oben in die Zentrieröffnung 62. Beim absenken des Zentrierdorns 59 wird der Betätigungshebel 82 gegen die Kraft der Feder 83 vertikal in der Kulissenbahn 81 nach unten bewegt und durch Schwenken in der Horizontalen um die Schwenkachse 60 in der in 8 dargestellten abgesenkten Position gesichert.
3 – Die Aufnahme 9 ist U-förmig mit einer Basis 19 und zwei senkrecht von dieser Basis abgehenden Schenkeln 20 und 21 ausgebildet. Zwischen den Schenkeln 20 und 21 ist der der Gelenkwellenabschnitt 11 zwangsfrei aufgenommen. Dazu sind an den Schenkel 20 und 21 und an der Basis 19 Kugeln gelagert, die relativ zur Vorrichtung 1 in beliebigen Richtungssinn um ihr eigenes Zentrum rotierbar sind. Auf der ersten Kugel 16 ist der erste Gelenkwellenabschnitt 11 an seinem Massenschwerpunkt 8 schwerkraftseitig abgestützt.
Dadurch, dass die Kugel 16 drehbar gelagert ist, ist der Gelenkwellenabschnitt 11 auf der ersten Kugel 16 entlang seiner Längsachse 22 in der Vorrichtung längsbeweglich gelagert. Die Längsachse 22 ist des Gelenkwellenabschnitts 11 ist die Achse, die die Beugeachse 14 in Ideallage schneidet und die in der im Fahrzeug verbauten Gelenkwellenanordnung die Rotationsachse des Gelenkwellenabschnitts 11 ist.
Die zwei zu der ersten Kugel 16 um die Längsachse 22 des Gelenkwellenabschnitts umfangsseitig zueinander beabstandet angeordnete zweiten Kugeln 17 und 18 sind zur seitliche Führung des Gelenkwellenabschnitts 11 vorgesehen. Der Gelenkwellenabschnitt 11 berührt in diesem Fall insgesamt drei Kugeln 16, 17 und 18 ohne weiter im Kontakt mit der Aufnahme 9 zu sein. Da alle der Kugeln 16, 17 und 18 drehbar gelagert sind, richtet sich der Gelenkwellenabschnitt 11 in der Vorrichtung 1 nahezu reibungsfrei aus und ist von Zwangskräften frei.
Die zweiten Kugeln 17 und 18 liegen sich einander so gegenüber, dass eine deren Zentren verbindende gedachte Gerade 23 die Längsachse 22 schneidet. Wenn dies nicht so ist, und beispielsweise wie in 3, dargestellt ist, Versatz S zwischen der Längsachse 22 und der Geraden vorliegt, kann dieser entweder durch Anheben oder Absenken der Kugel 16 korrigiert werden. Alternativ wird dieser Versatz S bewusst erzeugt oder ausgenutzt um den Gelenkwellenabschnitt 11 in der Aufnahme 9 besser zentriert zwischen den drei Kugeln 16, 17 und 18 einzuspannen.
Die eine der zweiten Kugeln 17 ist federelastisch nachgebend an der Aufnahme 9 abgestützt ist. Denkbar ist auch, dass beide der zweiten Kugeln 17 und 18 federelastisch und/oder die erste Kugel 16 an der Aufnahme 9 abgestützt sind.
Die jeweilige federelastisch an der Vorrichtung abgestützte Kugel 17 kann federelastisch gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt sein oder nicht. Wenn die Kugel(n) 11 mit dem Federelement 24 nicht gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt ist(sind), ist das jeweilige Federelement 24 ein Dämpfungselement, das Erschütterungen der Messanordnung dämpft. Wenn die Kugel(n) 17 gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt ist(sind), ist der Gelenkwellenabschnitt 11 spielfrei zwischen den Kugeln 17 und 18 eingespannt. Der Gelenkwellenabschnitt 11 wird beim Einlegen in die Aufnahme 9 zwischen die Kugeln „eingeschnappt" oder der Gelenkwellenabschnitt 11 wird nach dem Einlegen durch Zuführen der Kugel(n) eingespannt.
Der Hebel 2 bzw. erste Gelenkwellenabschnitt 11 sind in Längsrichtung frei beweglich zwischen den Kugeln 17 und 18 eingespannt und auf diesen wälzgelagert. Abweichungen der Form und Lage, die zu Verspannungen des Hebels 2 oder des ersten Gelenkwellenabschnitts 11 in der Vorrichtung 1 bzw. der Messanordnung 7 bzw. 10 führen könnten werden federnd nachgiebig ausgeglichen, so das die jeweilige Anordnung von Zwangskräften frei ist.
Die Kugeln 16, 17, 18 sind jeweils vorzugsweise an einem Bolzen 25 aufgenommen und an diesem drehbar gelagert. Der mit der jeweiligen Kugel 16 oder 18 vormontierte Bolzen 25 wird entweder direkt in ein entsprechendes Loch eingepresst oder der Bolzen 25 ist zunächst zu einer Einheit aus Gehäuse 27, Bolzen 25, aus einem Linearlager 28 zur Lagerung des Bolzens, aus einer Kugel 17 und aus einer Schraubenfeder 29 vormontiert, die in die Aufnahme 9 eingeschraubt werden kann. Dazu weist die Einheit an dem Gehäuse 27 ein Außengewinde 35 und einen Sechskant 36 auf. Das Außengewinde 35 passt in ein Innengewinde der Vorrichtung. Zum Zwecke der Umrüstung sind dann verschiedene dieser Einheiten gegeneinander austauschbar, die zwar die gleichen Abmessungen des Gewindes der Einschraubhülse aufweisen, sich aber jedoch wahlweise in den Abmessungen des Bolzens, der Feder und der Kugeln voneinander unterscheiden.
In einer Führungsbuchse 32 sitzt ein Bolzen 25, an dem die erste Kugel 16 gelagert ist. Der Bolzen 25 ist mit dem Schaft 31 fest in die Führungsbuchse 32 eingepresst und die Führungsbuchse ihrerseits sitzt fest in der Basis 19. Alternativ ist der der Bolzen 25 rückseitig über einen Druckraum 30 mit Druckmedium beaufschlagbar und deshalb in der Führungsbuchse 32 für Justiervorgänge mittels Druckmedium wie Öl oder Luft in Richtung Längsachse 22 anhebbar oder von dieser weg absenkbar.
Die Montage der Kugeln 16, 17 und 18 an Bolzen 25 hat verschiedene Vorteile. Die Kugeln 16, 17 und 18 sind durch die Änderung von Lage oder Länge des Bolzens 25 einfacher in Richtung der Längsachse 22 oder von dieser weg verschiebbar. Das ist beim Umrüsten der Vorrichtung beispielsweise auf Wellen oder Gelenkwellen mit anderen Durchmessern von Vorteil. Außerdem lassen sich die Vorrichtungen einfach auf geänderte Abmessungen von verschiedensten Gelenkwellen umrüsten wenn die Bolzen austauschbar sind. Dazu sind die Abmessungen der Löcher oder Führungen des Bolzens 25 und des Gehäuses 27 so normiert, dass die sich beispielsweise in der Auswahl der Kugeln voneinander unterscheidenden Bolzen 25 beispielsweise alle einen gemeinsamen Durchmesser D am Schaft 31 aufweisen.
An den Bolzen 16, 17 und 18 ist jeweils eine kalottenartig ausgebildete Aufnahme 38 ausgebildet, die mit Lagerkugeln 39 gefüllt ist. Der Durchmesser der Lagerkugeln 39 ist um ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser der ersten Kugel 16 oder zweiten Kugeln 17 und 18. Die erste Kugel 16 nimmt das Gewicht des Hebels 2 oder des Gelenkwellenabschnitts 11 auf und ist an den Lagerkugeln 39 und die Lagerkugeln 39 sind in der Aufnahme 38 am Bolzen 25 abgestützt. Die zweite Kugel 17, 18 gibt die Führungskräfte an die Lagerkugeln 39 weiter, die sich ihrerseits an dem jeweiligen Bolzen 25 abstützen. Alternativ die Bolzen 25 mit Kugeln 17, 18 federnd gegen den Hebel 2 oder gegen den Gelenkwellenabschnitt 11 vorgespannt. Die Kugeln 16, 17, 18 sind jeweils durch einen eingeengten Rand 40 der Aufnahme 38 an dem Bolzen 25 gehalten.
1–3 – Die Vorrichtung 1 zum Messen von Reaktionsmomenten- und Kräften an einem Hebel 2 oder zum Messen von Beugemomenten eines Gelenks 12 weist einen Träger 42 auf. Der Träger 42 ist aus einer Grundplatte 43 und zwei Traversen 44. Die Traverse 44 stehen senkrecht von der Grundplatte 43 ab. Die Aufnahme 9 ist in zueinander entgegengesetzte Messrichtungen relativ zu dem Träger 42 auslenkbar an Traversen 44 befestigt. Der Träger 42 ist relativ zu der Aufnahme 9 ortsfest an der Vorrichtung 1 auf einem Schlitten 41 angeordnet. Der Schlitten 41 kann auf einer Schiene 45 verschoben werden. Die Schiene 45 ist an den Schwenkarm 64 ausgebildet. Durch das Verschieben des Schlittens 41 ist der Abstand zwischen der Beugeachse 3, 14 und 15 und der Aufnahme 9 an unterschiedliche Längen von Hebeln oder Gelenkwellenabschnitten 11 angepasst einstellbar.
5, 7–8 – Eine Abtriebsschiene 70 des Schwenkantriebs 61 ist an dem Schwenkarm 64 fest. Die Abtriebsschiene 70 weist eine gekrümmte Abtriebsbahn 71 auf. Die Abtriebsbahn 71 ist um die Schwenkachse 60 gekrümmt und durch mindestens einen von der Schwenkachse 60 ausgehenden Radius R beschrieben. Die Abtriebsbahn 71 ist in getrieblicher Verbindung mit einem Antriebselement 72 des Schwenkantriebs 61.
Die Abtriebsschiene 70 weist wenigstens eine Reibfläche 86 an der Abtriebsbahn 71 aufweist, wobei die Reibfläche 86 durch mindestens den von der Schwenkachse ausgehenden Radius R beschrieben ist. Das Antriebselement 72 ist ein und gegen die Reibfläche reibschlüssig vorspannbares und motorisch antreibbares Reibrad 74. Das Reibrad 74 weist zumindest eine Gummiummantelung oder ähnliches Material mit hohem Reibwert auf, die mit der Reibfläche reibschlüssig korrespondiert. Die getriebliche Verbindung ist durch Abheben des Reibrades 74 von der Reibfläche beispielsweise in Richtung des Pfeils 73 trennbar und wieder zuschaltbar. Mit einer derartig trennbaren Anordnung kann vermieden werden, dass sich bei Stillstand der Einrichtung entweder am Reibrad 74 oder an den Reibflächen Druckstellen bilden. Diese Druckstellen wirken sich nachteilig verfälschend auf die Messergebnisse aus. Die getriebliche Verbindung ist weiterhin durch ein motorisch angetriebenes weiteres Reibrad 75 gebildet, dass das Reibrad 74 antreibt.
1 bis 3 – Die Aufnahme 9 ist mittels Pendelarmen 46 an dem Träger 41 aufgehängt und dabei zumindest in die mit dem Doppelpfeil gekennzeichneten Messrichtungen relativ zu dem Träger 41 frei pendelbeweglich. In 3 ist die Aufnahme 9 in Ruhelage dargestellt, aus der diese wahlweise links oder rechts verschwenkbar ist. Die Pendelarme 46 sind in Ruhelage durch das Gewicht der Aufnahme 9 und durch das Gewicht des Hebels 2 beziehungsweise Gelenkwellenabschnitts 11 in Z-Richtung der Pfeile 47 auf Zug belastet und in Z-Richtung starr-nichtelastisch. Die Pendelarme 46 sind Blattfedern 48, die in Y-Richtung elastisch biegsam sind und in X-Richtung ein wesentlich höheres Widerstandsmoment gegen Biegung aufweisen als in Y-Richtung.
Jede der Blattfedern 48 ist mittels einer Klemme 49 starr an jeweils einer der Traversen 44 eingespannt. Die Blattfedern 48 sind in der Vorrichtung 1 und in Ruhelage der Aufnahme 9 parallel zueinander ausgerichtet.
Die Vorrichtung 1 ist mit mindestens einem ortsfest an der Grundplatte 43 abgestützten Sensor 50 zur Messung von Auslenkungen der Aufnahme 9 relativ zur Grundplatte 43 des Trägers 42 versehen. Der Sensor 50 ist ein Biegebalken 51 mit nicht weiter dargestellten Dehnmessstreifen. Der Biegebalken 51 ist an einem Ende 52 an der Grundplatte 43 ortsfest zur Vorrichtung befestigt. Das andere Ende 53 des Biegebalkens 51 liegt der Aufnahme 9 in Ruhestellung in den Messrichtungen durch das Spiel A berührungslos gegenüber. Dazu weist die Aufnahme 9 zwei Anschläge 54 aufweist, die in Längsrichtung aus der Aufnahme 9 mit Abstand zueinander hervorstehen und sich in Messrichtung mit Abstand zueinander einander gegenüberliegen. An den Anschlägen 54 sind Kugelspitzen 55 befestigt, die in die Messrichtungen aufeinander zu gerichtet sind. Das Ende 53 des Biegebalkens 51 greift in den Abstand mit Spiel S zu Kugelspitzen 55 ein.

1: Vorrichtung
2: Hebel
3: Drehachse
4: Drehverbindung
5: Außenring
6: Zapfen
7: Messanordnung mit Drehverbindung
8: Massenschwerpunkt
9: Aufnahme
10: Messanordnung mit Gelenkwelle
11: erster Gelenkwellenabschnitt
12: Gelenk
13: zweiter Gelenkwellenabschnitt
14: Beugeachse
15: Beugeachse
16: erste Kugel
17: zweite Kugel
18: zweite Kugel
19: Basis der Aufnahme
20: Schenkel der Aufnahme
21: Schenkel der Aufnahme
22: Längsachse
23: Gerade
24: Federelement
25: Bolzen
26: nicht vergeben
27: Gehäuse
28: Linearlager
29: Schraubenfeder
30: Druckraum
31: nicht vergeben
32: nicht vergeben
33: nicht vergeben
34: nicht vergeben
35: nicht vergeben
36: nicht vergeben
37: nicht vergeben
38: nicht vergeben
39: nicht vergeben
40: nicht vergeben
41: Schlitten
42: Träger
43: Grundplatte
44: Traversen
45: Schiene
46: Pendelarme
47: Pfeil in Längsrichtung
48: Blattfeder
49: Klemme
50: Sensor
51: Biegebalken
52: Ende des Biegebalkens
53: Ende des Biegebalkens
54: Anschlag
55: Kugelspitze
56: Gelenkwelle
57: Gelenkwellenabschnitt
58: Prismenaufnahme
59: Zentrierdorn
60: Mittelachse/Schwenkachse
61: Schwenkantrieb
62: Zentrieröffnung
63: Bedienpult-Display
64: Schwenkarm
65: Spanneinrichtung
66: Grundgestell
67: Schaltschrank
68: Grundplatte
69: Libelle
70: Abtriebsschiene
71: Abtriebsbahn
72: Abtriebselement
73: Pfeil
74: Reibrad
75: Reibrad
76: Schwenkvorrichtung
77: Schwenkzapfen
78: Lagerung
79: Führung
80: Schaft
81: Kulissenbahn
82: Betätigungshebel
83: Feder
84: Adapter
85: Betätigung
86: Reibfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3922194 C1 [0008, 0009]
- DE 4102278 A1 [0010, 0012, 0016, 0017]

Claims

Verfahren zum Messen von Beugemomenten an einem Gelenk (12), wobei das Gelenk (12) zumindest aus zwei Gelenkabschnitten (11, 13) gebildet ist, die um wenigstens eine Beugeachse (14, 15) gegeneinander beugsam sind, bei dem – das Gelenk (12) gebeugt wird, indem zumindest ein erster Gelenkabschnitt (11) gegenüber einem zweiten Gelenkabschnitt (13) um eine Schwenkachse (60) geschwenkt wird, – die Beugemomente ermittelt werden, indem beim Biegen mit einer Vorrichtung (1) Reaktionskräfte an einem der Gelenkabschnitte (11, 13) zumindest erfasst werden, wobei die Reaktionskräfte am Gelenkabschnitt (11, 13) aus Beugemomenten resultieren wenn das Gelenk (12) durch Schwenken des Gelenkabschnitts (11, 13) gebeugt wird, – die Schwenkantriebskräfte zum Schwenken um die Beugeachse über die Vorrichtung (1) zumindest auf den ersten Gelenkabschnitt (11) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gewicht des ersten Gelenkabschnitts (11), das dieser an seinem Massenschwerpunkt (8) aufweist, in der Vorrichtung (1) abgestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schwenkantriebskräfte über die Vorrichtung (1) mit dem Abstand (A) zur Beugeachse (14, 15) auf den ersten Gelenkabschnitt (11) übertragen werden, mit dem auch der Massenschwerpunkt (8) des ersten Gelenkabschnitts (11) zur Beugeachse beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Schwenken des ersten Gelenkabschnitts (11) um die Schwenkachse (60) die Beugeachse (14) und die Schwenkachse (60) koaxial zueinander ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Messen von Beugemomenten an einer Gelenkwelle (56), die aus wenigstens einem ersten Gelenkwellenabschnitt (11) und aus wenigstens einem zweiten Gelenkwellenabschnitt (13) gebildet ist, wobei die Gelenkwellenabschnitte (11, 13) über das Gelenk (12) gelenkig miteinander verbunden sind, mit zumindest folgenden Schritten: – Einlegen des ersten Gelenkwellenabschnitts (11) so in die Vorrichtung, dass das am Massenschwerpunkt (8) des ersten Gelenkwellenabschnitts (11) anliegende Gewicht des ersten Gelenkwellenabschnitts (11) in der Vorrichtung (1) abgestützt ist, – koaxiales Ausrichten der Beugeachse (14) und der Schwenkachse (60) zueinander – Aufbringen der Schwenkantriebskräfte auf den ersten Gelenkwellenabschnitt (11) über die Vorrichtung (1) mit dem Abstand (A) zur Beugeachse (14), mit dem auch der Massenschwerpunkt (8) zur Beugeachse (14) beabstandet ist, – Erfassen der Reaktionskräfte in der Vorrichtung (1) durch Messen und – Umrechnen der Messwerte in entsprechende Beugemomente.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der erste Gelenkwellenabschnitt (11) vor dem Erfassen der Reaktionskräfte mit der Vorrichtung (1) mindestens zweimal um die Beugeachse (14) geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem der zweite Gelenkwellenabschnitt (13) fest eingespannt ist.
Messanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, zumindest – mit einem Schwenkarm (64), wobei der Schwenkarm (64) um die Schwenkachse (60) zumindest schwenkbar ist, – mit einem Schwenkantrieb (61), der an dem Schwenkarm (64) angreift, – mit einer Vorrichtung (1) zum Messen der aus den Beugemomenten des Gelenks (12) an dem ersten Gelenkabschnitt (11) resultierenden Reaktionskräfte, wobei die Vorrichtung (1) mit dem Schwenkarm (64) um die Schwenkach se (60) schwenkbar auf dem Schwenkarm (64) sitzt und – mit einer Spannvorrichtung (65) zum ortsfesten Einspannen des zweiten Gelenkabschnitts (13), wobei die Spannvorrichtung (13) separat zum Schwenkarm (64) und zur Schwenkachse (60) ortsfest angeordnet ist.
Messanordnung nach Anspruch 8, in der der Abstand (A) der Vorrichtung (1) zur Schwenkachse (60) längenveränderlich einstellbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 8, in der der kleinste Abstand (H) zur Schwenkachse (60), mit dem der Schwenkantrieb (61) an dem Schwenkarm (64) angreift größer ist als der größte Abstand (A), mit dem der Massenschwerpunkt des ersten Gelenkabschnitts (11) von der Schwenkachse (60) entfernt ist.
Messanordnung nach Anspruch 8, in der der kleinste Abstand zur Schwenkachse, mit dem der Schwenkantrieb (61) an dem Schwenkarm (64) angreift, größer ist als der größte Abstand (A), mit dem die Vorrichtung zur Schwenkachse (60) beabstandet auf dem Schwenkarm (64) sitzt.
Messanordnung nach Anspruch 10 oder 11, in der der Abstand (A) der Vorrichtung (1) zur Schwenkachse (60) so eingestellt ist, dass das am Massenschwerpunkt (8) des ersten Gelenkabschnitts (11) anliegende Gewicht des ersten Gelenkabschnitts (11) in der Vorrichtung (1) abgestützt ist.
Messanordnung nach Anspruch 8, mit einer Zentriervorrichtung, mit der die Beugeachse (14), zur Schwenkachse (60) koaxial zentriert wird, wobei die Zentriervorrichtung folgende Merkmale aufweist: – die Zentriervorrichtung weist zumindest einen in eine Zentrieraufnahme (62) des Gelenks (12) einführbaren und aus dieser wieder heraus absenkbaren Zentrierdorn (59) auf, – der Zentrierdorn (59) ist in der Zentrieraufnahme (62) zentrierbar, – die Mittelachse des Zentrierdorns (59) ist die Schwenkachse (60), – die Zentrieraufnahme (62) ist zur Beugeachse (14) des Gelenks (12) so ausgerichtet, dass die Mittelachse des in der Zentrieraufnahme zentrierten Zentrierdorns (59) konzentrisch zur Beugeachse ist.
Messanordnung nach Anspruch 8, mit der Beugemomente an einem Gelenk (12) gemessen werden mit folgenden Merkmalen: – auf dem Schwenkarm (64) ist eine Vorrichtung (1) zum Messen von Reaktionskräften auf die Beugemomente an dem Gelenk (12) angeordnet, – die Vorrichtung (1) ist mit dem Schwenkarm (64) um eine Schwenkachse (60) schwenkbar – eine Abtriebsschiene (70) des Schwenkantriebs (61) ist an dem Schwenkarm (64) fest, – die Abtriebsschiene (70) weist eine gekrümmte Abtriebsbahn (71) auf, – die Abtriebsbahn (71) ist um die Schwenkachse (60) ge krümmt und durch mindestens einen von der Schwenkachse (60) ausgehenden Radius (R) beschrieben, – die Abtriebsbahn (71) ist in getrieblicher Verbindung mit einem Antriebselement (74) des Schwenkantriebs und – das Antriebselement (74) ist motorisch angetrieben
Messanordnung nach Anspruch 14, in der die Abtriebsschiene (70) wenigstens eine Reibfläche (86) an der Abtriebsbahn (71) aufweist, wobei die Reibfläche (86) durch mindestens einen der von der Schwenkachse (60) ausgehendem Radius (R) beschrieben ist und in der das Antriebselement mindestens ein und gegen die Reibfläche reibschlüssig vorspannbares und motorisch antreibbares Reibrad (74) ist.
Messanordnung nach Anspruch 14, in der die getriebliche Verbindung durch Abheben des Reibrades (74) von der Reibfläche (86) trennbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 15, in der das Reibrad (74) durch ein motorisch angetriebenes weiteres Reibrad (75) beaufschlagt ist.