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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers. Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus
FR 2 411 403 bekannt.
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Umlaufbiegeprüfungen bieten eine kostengünstige Möglichkeit, die Betriebsfestigkeit von Körpern zu untersuchen. Dazu sind Prüfstände für die Aufbringung zyklischer Belastungen bekannt, wie beispielsweise aus
DE 43 23 718 C2 , die auf die Anmelderin zurückgeht und eine Prüfmaschine für die Umlaufbiegemomente langer Rundstäbe offenbart. Die Maschine umfasst zwei parallel angeordnete Hubvorrichtungen, die an zwei zur Einspannung des Rundstabes vorgesehenen Lagern angreifen. Die Höhenlage der Lager ist durch die Hubvorrichtungen veränderbar, wodurch im Rundstab ein umlaufendes Biegemoment einstellbar ist. Diese Maschine eignet sich nur zur Prüfung der Betriebsfestigkeit langer Rundstäbe. Ferner kann bei dieser Prüfmaschine ausschließlich eine wechselnde Umlaufbiegebelastung auf den Rundstab aufgebracht werden.
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FR 2 247 139 offenbart einen Umlaufbiegeprüfstand, bei dem eine Rundprobe drehbar an beiden Enden eingespannt ist. Die dazu vorgesehenen Spannmittel sind jeweils mit horizontal angeordneten Hebelarmen verbunden, an deren Enden Gewichte befestigt sind, die entlang der Hebelarme verschiebbar sind. Dadurch wird ein Moment auf die Spannmittel ausgeübt, das in der Rundprobe das gewünschte Biegemoment erzeugt.
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Der Prüfstand ist manuell zu bedienen und erlaubt nur eine eingeschränkte Überlagerung verschiedener Lastfälle. Dabei kann nur ein wechselndes Biegemoment auf den Prüfkörper aufgebracht werden.
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WO 2007/042275 A1 beschreibt eine Prüfmaschine zur Prüfung eines Probekörpers bei überlagerter Umlaufbiege- und Torsionsbeanspruchung. Dazu weist die Maschine ein Hubgestänge auf, das mit einer senkrecht zur Drehachse des Prüfkörpers wirkenden Kraft betätigt wird. Das Hubgestänge greift jeweils an den beiden Spannmittel für den Probekörper an und lenkt diese bei entsprechender Beaufschlagung aus einer fluchtenden Ruhestellung in eine angestellte Prüfstellung aus, wodurch ein Biegemoment im Probekörper induziert wird. Die beiden Spannmittel sind jeweils mit einem Drehantrieb verbunden, so dass bei entsprechender Einstellung der jeweiligen Drehmomente ein Torsionsmoment im Probekörper erzeugt wird, dass der Umlaufbiegemoment überlagert wird. Die Simulation anderer Lastkombinationen ist nicht vorgesehen. Ebenso kann wiederum nur ein wechselndes Umlaufbiegemoment auf den Prüfkörper aufgebracht werden.
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Die eingangs genannte
FR 2 411 403 offenbart einen Prüfstand, der die Kombination unterschiedlicher Belastungen ermöglicht. Dazu weist der bekannte Prüfstand eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Umlaufbiegemoments in einem Rundkörper auf, die sich aus zwei koaxial übereinander angeordneten Hohlspindeln zusammensetzt. Die radial innen angeordnete Spindel ist durch zwei Lager mit einer unterbrochenen Hauptwelle verbunden, zwischen deren Segmenten der zu untersuchende Rundkörper eingespannt ist. Die innere Spindel und die koaxial angeordnete äußere Spindel sind durch Zylinder verbunden. Die äußere Spindel ist durch weitere Zylinder gelagert, wobei die äußere Spindel ortsfest und die innere Spindel relativ dazu drehbar ist. Durch diese Doppelspindelanordnung wird ein Umlaufbiegemoment auf den Rundkörper übertragen. Zusätzlich ist ein Segment der Hauptwelle durch einen Ringkolben mit einer Axialkraft beaufschlagbar, die dem Umlaufbiegemoment überlagert werden kann. Die bekannte Maschine hat den Nachteil, dass der Aufbau aufwändig und kompliziert ist.
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Neben den bekannten servomechanischen Prüfständen sind auch Resonanzprüfstände bekannt, die eine Überlagerung verschiedener Lastfälle ermöglichen. Allerdings sind diese Prüfanlagen nicht zur Prüfung unter Umlaufbiegebeanspruchung geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers anzugeben, die eine Umlaufbiegeprüfung auch mit einem anderen als rein wechselndem Biegemoment ermöglicht und einfach aufgebaut ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 7 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers anzugeben, die Haltemittel zur drehbaren Lagerung des Körpers um eine Drehachse aufweist, wobei wenigstens ein erstes Haltemittel, insbesondere ein erstes und ein zweites Haltemittel jeweils aus einer mit der Drehachse fluchtenden Ruhestellung in eine ausgelenkte Prüfbetriebsstellung um eine Schwenkachse schwenkbar ist. Ein Haltemittel kann dabei axial verschieblich sein. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Drehantrieb zur Erzeugung einer Drehbewegung des Körpers um die Drehachse sowie eine Belastungseinrichtung zur Einleitung einer Prüflast in den Körper auf. Die Belastungseinrichtung weist wenigstens einen ersten Linearantrieb auf, der zur Erzeugung einer parallel zur Drehachse wirkenden ersten Axialkraft ausgebildet ist. Das erste schwenkbare Haltemittel weist ein erstes Hebelelement auf, wobei der erste Linearantrieb mit dem ersten Hebelelement zusammenwirkt derart, dass in den Körper ein Biegemoment, insbesondere ein mit einer Axialkraft kombiniertes Biegemoment, einleitbar ist.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wird das Umlaufbiegemoment nicht durch eine normal zur Drehachse wirkende Hubeinrichtung erzeugt, die an den Haltemitteln angreift. Vielmehr wird erfindungsgemäß eine parallel zur Drehachse wirkende erste Axialkraft durch einen Linearantrieb erzeugt. Die Axialkraft greift an einem Hebelelement an und erzeugt dadurch im Körper ein Biegemoment, bzw. bei Drehung des Körpers ein Umlaufbiegemoment. Der Aufbau der Prüfmaschine bzw. der Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit kann dabei durch die Hebelanordnung zusammen mit der parallel zur Drehachse wirkenden Axialkraft erheblich vereinfacht werden. Dabei wird von der Erfindung auch der Fall umfasst, dass auf Grund der parallel zur Drehachse wirkenden Axialkraft im Prüfkörper zusätzlich zum Biegemoment eine Axialkraft auftritt. Dadurch entsteht während einer Umdrehung des Prüfkörpers eine andere als rein wechselnde Biegebeanspruchung. Das erste Hebelelement ist also mit dem ersten Linearantrieb verbunden derart, dass in den Körper ein Biegemoment, insbesondere ein mit einer Axialkraft kombiniertes Biegemoment einleitbar ist.
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Die Belastungseinrichtung weist wenigstens einen zweiten Linearantrieb auf, der zur Erzeugung einer parallel zur Drehachse wirkenden zweiten Axialkraft ausgebildet ist und mit dem ersten und/oder zweiten Halteelement zusammenwirkt derart, dass in den Körper eine vom eingeleiteten Biegemoment unabhängige überlagernde Axialkraft, insbesondere eine variabel einstellbare Axialkraft, einleitbar ist. Die zweite Axialkraft ist unabhängig vom jeweiligen Biegemoment einstellbar.
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Der Vorteil liegt darin, dass die Mittelspannung der Umlaufbiegebelastung durch die in den Körper einleitbare Axialkraft variabel einstellbar ist, so dass die Mittelspannungsempfindlichkeit bei der Prüfung der Betriebsfestigkeit unter Umlaufbiegebelastung berücksichtigt werden kann. Dazu wird dasselbe Konzept wie bei der Erzeugung der Umlaufbiegespannung benutzt, nämlich die Erzeugung einer parallel zur Drehachse wirkenden zweiten Axialkraft mittels eines Linearantriebs. Diese Anordnung ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung insbesondere im Zusammenhang mit dem ersten Linearantrieb zur Erzeugung des Umlaufbiegemoments. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht auch die Prüfung unter wechselndem Biegemoment.
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Das zweite Haltemittel kann wenigstens ein zweites Hebelelement aufweisen, wodurch die Voraussetzung für verschiedene Weiterbildungen der Prüfvorrichtung geschaffen wird. So kann der erste Linearantrieb mit dem zweiten Haltemittel, insbesondere mit dem zweiten Hebelelement verbunden sein. Durch die Verbindung des ersten Linearantriebs mit den beiden ersten und zweiten Haltemitteln wird erreicht, dass das Umlaufbiegemoment durch die beiden Haltemittel in den Körper eingeleitet wird, ohne dass dazu eine separate Lagerung oder Aufhängung des ersten Linearantriebs notwendig ist. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der Vorrichtung erreicht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Linearantrieb mit dem ersten Hebelelement des ersten Haltemittels verbunden, wobei die Drehachse zwischen den Verbindungen des ersten Hebelelements mit dem ersten und zweiten Linearantrieb angeordnet ist. Damit greifen die beiden Linearantriebe am selben Hebelelement auf gegenüber angeordneten Seiten der Drehachse an. Diese Anordnung ermöglicht die Überlagerung eines Umlaufbiegemoments durch eine Axialkraft, insbesondere eine Druck- oder Zugkraft, die in Richtung der Drehachse bzw. in Richtung der Längsachse des Prüfkörpers wirkt bei einfachem Aufbau der Vorrichtung.
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Der zweite Linearantrieb kann mit dem zweiten Hebelelement des zweiten Haltemittels verbunden sein. Damit können sowohl der erste als auch der zweite Linearantrieb zur Erzeugung des Umlaufbiegemoments verwendet werden.
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Die Linearantriebe können bei einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zur Drehachse angeordnet sein und mit den Hebelelementen ein Gestänge bilden, das die Drehachse umgibt. Diese Ausführungsform hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, um auf einfache Weise die Überlagerung des Umlaufbiegemoments mit einer Axialkraft zu verwirklichen.
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Ferner wird eine Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers mit einem ersten und zweiten Haltemittel zur drehbaren Lagerung des Körpers um eine Drehachse beschrieben, die jeweils aus einer mit der Drehachse fluchtenden Ruhestellung in eine ausgelenkte Prüfbetriebsstellung um eine Schwenkachse schwenkbar sind. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einem Drehantrieb zur Erzeugung einer Drehbewegung des Körpers um die Drehachse der mit einem der Haltemittel verbunden ist, sowie eine Belastungseinrichtung zur Einleitung einer Prüflast in den Körper. Die Belastungseinrichtung umfasst ein Hubgestänge zur Einleitung eines Biegemoments, das an den Haltemitteln senkrecht zur Drehachse angreift derart, dass die Haltemittel aus der Ruhestellung in die Prüfbetriebsstellung auslenkbar sind. Die Belastungseinrichtung umfasst ferner wenigstens einen Linearantrieb zur Einleitung einer Axialkraft, die dem Biegemoment überlagerbar ist. Der Linearantrieb ist vom Hubgestänge gesondert, insbesondere in Richtung der Drehachse entfernt angeordnet. Der Linearantrieb ist mit dem Drehantrieb zur Übertragung der Axialkraft verbunden ist, wobei der Drehantrieb axial entlang der Drehachse verschieblich ist.
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Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Axialkraft unmittelbar über den Drehantrieb in den Prüfkörper einleitbar ist, wodurch der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann unabhängig von einer zur Erzeugung eines Umlaufbiegemoments geeigneten Vorrichtung verwendet werden. Alternativ ist es auch möglich, die vorstehend beschriebene direkte Einleitung der Axialkraft im Zusammenhang mit einer zur Erzeugung eines Umlaufbiegemoments angepassten Vorrichtung einzusetzen, insbesondere im Zusammenhang mit einer Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7. Der mit dem Drehantrieb zur Übertragung der Axialkraft verbundene Linearantrieb entspricht in diesem Zusammenhang in seiner Funktion dem zweiten Linearantrieb.
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Die Erfindung beruht ferner auf dem Gedanken, ein Verfahren zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers anzugeben, bei dem der Körper eingespannt, mit einer Prüflast beaufschlagt und gleichzeitig um eine Drehachse gedreht wird. Zum Aufbringen der Prüflast wird wenigstens eine parallel zur Drehachse wirkende erste Axialkraft erzeugt, die mit einem Hebelelement zusammenwirkt und ein Biegemoment, insbesondere ein mit einer Axialkraft kombiniertes Biegemoment, im Körper erzeugt. Dabei wird zusätzlich zum Biegemoment, insbesondere zu dem mit einer Axialkraft kombinierten Biegemoment, auch eine Axialkraft, insbesondere eine variabel einstellbare Axialkraft, auf den Prüfkörper aufgebracht, die unabhängig vom Biegemoment eingestellt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. In diesen zeigen
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1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
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2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Körpers.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung bzw. einen Prüfstand zur Prüfung der Betriebsfestigkeit eines Prüfkörpers 15, der nicht nur eine Prüfung der Dauerschwingfestigkeit des Prüfkörpers bei Biegewechselbeanspruchung, bei der die Mittelspannung Null ist, ermöglicht. Der Prüfstand ermöglicht auch die Prüfung der Biegeschwellfestigkeit und erlaubt somit eine Berücksichtigung der Mittelspannungsempfindlichkeit bei der Prüfung der Betriebsfestigkeit. Bei vielen, insbesondere bei metallischen Werkstoffen, nimmt die Betriebsfestigkeit ab, wenn der betreffende Körper zusätzlich mit einer Mittelspannung beaufschlagt ist.
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Der Prüfstand gemäß 1 ist für eine Überlagerung von Axialkräften in Richtung der Drehachse bzw. in Richtung der Längsachse des Probekörpers 15, d. h. von Zug- bzw. Druckkräften zusätzlich zum Biegemoment ausgebildet. Die in diesem Zusammenhang beschriebene Anordnung zur Einleitung des Biegemoments ist für eine Kombination mit einer Anordnung zur Einleitung einer Axialkraft in den Probekörper 15 besonders geeignet, wobei die Axialkraft unabhängig vom Biegemoment einstellbar ist. Die Erfindung ist nicht auf diese Kombination beschränkt. Vielmehr kann der nachfolgend näher beschriebene Hebelmechanismus im Zusammenhang mit einer parallel zur Drehachse des Körpers 10 wirkenden Axialkraft auch unabhängig von einer Anordnung zur Überlagerung des Umlaufbiegemoments durch eine Axialkraft verwendet werden.
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Der Prüfstand gemäß 1 umfasst Haltemittel 10a, 10b, in die der Probekörper 15 einspannbar bzw. eingespannt ist und die zur drehbaren Lagerung des Probekörpers 15 angepasst sind. Im eingespannten Zustand ist der Probekörper 15 um eine Drehachse D drehbar gelagert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft die Drehachse D in horizontaler Richtung. Eine andere Ausrichtung der Drehachse D ist möglich.
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Die Haltemittel 10a, 10b umfassen jeweils Drehspindeln 16, die in einem ortsfest angeordneten Gehäuse 17 gelagert sind. Die Drehspindeln 16 weisen jeweils ein Spannzeug 18 auf, in das der Probekörper 15 im Prüfbetrieb eingespannt ist.
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Der Prüfstand gemäß 1 weist einen Drehantrieb 11 auf, der mit dem ersten Haltemittel 10a, insbesondere mit der Drehspindel 16 des ersten Haltemittels 10a zur Erzeugung einer Drehbewegung eines Probekörpers 15 um die Drehachse D wirkverbunden ist. Das dem ersten Haltemittel 10a gegenüber angeordnete zweite Haltemittel 10b weist eine Lagerung auf, insbesondere eine Spindellagerung 19. Anstelle der Spindellagerung 19 kann ein zweiter Drehantrieb vorgesehen sein. Der erste Drehantrieb 11 und der zweite Drehantrieb können zusammenwirken derart, dass im Probekörper 15 ein Torsionsmoment erzeugbar ist.
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Zur Erzeugung des Umlaufbiegemoments ist wenigstens das erste Haltemittel 10a, insbesondere beide Haltemittel 10a, 10b jeweils aus einer mit der Drehachse D fluchtenden Ruhestellung in eine ausgelenkte Prüfbetriebsstellung schwenkbar. Dazu sind die beiden Haltemittel 10a, 10b jeweils um eine Schwenkachse S schwenkbar gelagert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist jedem Haltemittel 10a, 10b ein Lagerbock 20 zugeordnet, der jeweils ein mit dem Drehantrieb 11 bzw. mit der Spindellagerung 19 verbundenes Schwenklager 21 aufweist. Das Schwenklager 21 ist so angeordnet, dass die Schwenkachse S senkrecht zur Drehachse D verläuft und diese schneidet. Andere Lagerungsmöglichkeiten der Haltemittel 10a, 10b sind möglich.
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Für den Längenausgleich im Prüfbetrieb ist einer der beiden Lagerböcke 20 bzw. generell eines der beiden Haltemittel 10a, 10b axial verschieblich und zwar entlang der Drehachse D. Bei dem Prüfstand gemäß 1 ist beispielsweise der Lagerbock 20 für den Drehantrieb 11 axial verschieblich. Es ist auch möglich, den anderen Lagerbock 20 für die Spindellagerung 19 axial verschieblich anzuordnen. Der jeweils andere Lagerbock 20 bzw. generell das jeweils andere Haltemittel 10a, 10b ist ortsfest angeordnet und mit einem Fundament der Prüfmaschine verbunden. Bei dem Prüfstand gemäß 1 erfolgt über den axial verschieblichen Lagerbock 20 keine aktive Krafteinleitung. Das axial verschiebliche Haltemittel kann auch mit einer in Richtung der Drehachse wirkenden Axialkraft beaufschlagt werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Längenausgleich durch Axialverschiebung kann der Längenausgleich durch ein elastisch verformbares Zwischenelement bewirkt werden, das mit einem der Haltemittel 10a, 10b zusammenwirkt (nicht dargestellt).
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Zur Einleitung einer Prüflast in den Körper 15 weist der Prüfstand gemäß 1 eine Belastungseinrichtung 12 auf. Die Belastungseinrichtung 12 umfasst wenigstens einen ersten Linearantrieb 13a, der beabstandet von der Drehachse D angeordnet und zur Erzeugung einer parallel zur Drehachse D wirkenden ersten Axialkraft ausgebildet ist. Dazu weist der erste Linearantrieb 13a ein Kraftübertragungselement, insbesondere eine Spindel 22a oder eine Stange, beispielsweise eine Zahnstange, auf. Die Spindel 22a ist mit einem Motor 23a verbunden und linear, d. h. in Längsrichtung der Spindel entlang der Drehachse D beweglich. Wie durch den Doppelpfeil verdeutlicht, kann die Spindel 22a ausgefahren oder eingefahren werden, so dass die wirksame Länge der Spindel 22a veränderlich ist.
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Andere Stellmittel, beispielsweise Schub- und Zugstangen oder Kolben/Zylinderanordnungen, sind möglich. Allgemein sind mechanische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Linearantriebe möglich. Dies gilt für alle Linearantriebe der verschiedenen Ausführungsbeispiele.
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Der erste Linearantrieb 13a ist mit den beiden Haltemitteln 10a, 10b wirkverbunden, insbesondere durch einen Hebelmechanismus, und ermöglicht die Erzeugung eines Umlaufbiegemoments im Probekörper 15. Dazu weisen das erste und zweite Haltemittel 10a, 10b jeweils ein erstes und zweites Hebelelement 14a, 14b auf. Die beiden Hebelelemente 14a, 14b sind mit dem zugehörigen Halteelement 10a, 10b insbesondere mit dem Gehäuse 17 zur Übertragung eines Moments fest verbunden. Wie in 1 zu erkennen, sind die beiden Hebelelemente 14a bzw. die Hebelarme senkrecht zur Drehachse D angeordnet. Eine andere Anordnung, insbesondere unter einem Winkel zur Drehachse D ist möglich. Im Beispiel gemäß 1 sind die beiden Hebelelemente 14a, 14b parallel zueinander angeordnet.
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Der erste Linearantrieb 13a ist jeweils mit dem ersten und zweiten Hebelelement 14a, 14b verbunden, insbesondere gelenkig verbunden. Konkret ist ein erstes Ende der Spindel 22a mit dem ersten Hebelelement 14a und ein zweites Ende der Spindel 22a mit dem zweiten Hebelelement 14b verbunden. Die Verbindung des zweiten Endes der Spindel 22a mit dem zweiten Hebelelement 14b kann durch ein Mittel zur Weg-Kraftkopplung, beispielsweise durch eine Feder 23 erfolgen. Es ist auch möglich, dass nur ein einziges Hebelelement 14a mit dem Linearantrieb 13a verbunden ist. Die Hebelelemente 14a, 14b und der erste Linearantriebe 13a bilden dabei ein Gestänge 25, insbesondere ein Axialgestänge, dessen Antriebskomponente sich in Längsrichtung der Anordnung entlang der Drehachse D erstreckt.
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Durch Betätigung des ersten Linearantriebs 13a werden das erste und zweite Hebelement 14a, 14b jeweils mit einer parallel von der Drehachse beabstandet wirkenden Axialkraft beaufschlagt. Dadurch wird der Prüfkörper durch ein Biegemoment und eine Axialkraft (Zugkraft/Druckkraft) belastet. Durch zusätzliche Drehung des Prüfkörpers wird ein Umlaufbiegemoment hervorgerufen.
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Zur Überlagerung des durch den ersten Linearantrieb 13a einstellbaren Umlaufbiegemoments durch eine Axialkraft, die unabhängig vom Biegemoment einstellbar ist, ist ein zweiter Linearantrieb 13b vorgesehen, der zur Erzeugung einer parallel zur Drehachse D wirkenden zweiten Axialkraft angepasst ist. Der zweite Linearantrieb 13b wirkt mit dem ersten und zweiten Halteelement 10a, 10b zusammen derart, dass in den Körper 15 eine das Umlaufbiegemoment überlagernde Axialkraft einleitbar ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist dazu der zweite Linearantrieb 13b mit dem ersten Hebelelement 14a des ersten Haltemittels 10a verbunden. Die Drehachse D verläuft zwischen den beiden Verbindungsstellen des ersten Hebelelements 14a mit dem ersten und dem zweiten Linearantrieb 13a, 13b, wie in 1 dargestellt. Der zweite Linearantrieb 13b ist mit dem zweiten Hebelelement 14b verbunden. Die Anordnung und Ausbildung des zweiten Linearantriebs 13b entspricht der Anordnung und Ausbildung des ersten Linearantriebs 13a. Alle Merkmale, die im Zusammenhang mit dem ersten Linearantrieb 13a offenbart sind, werden hiermit auch im Zusammenhang mit dem zweiten Linearantrieb 13b offenbart.
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Die beiden Linearantriebe 13a, 13b wirken jeweils parallel zur Drehachse D und weisen parallel zur Drehachse D linear verschiebliche Stellmittel (Spindeln 22a, 22b) auf. Die Linearantriebe 13a, 13b, insbesondere die Stellmittel, sind von der Drehachse D beabstandet angeordnet.
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Die beiden Linearantriebe 13a, 13b bilden zusammen mit den Hebelelementen 14a, 14b ein Gestänge, insbesondere ein Parallelgestänge bzw. ein Axialgestänge, das die Drehachse D umgibt und das durch Betätigung der Linearantriebe geometrisch veränderbar ist derart, dass eine Neigung der Hebelelemente 14a, 14b und somit eine Auslenkung der Haltemittel 10a, 10b einstellbar, bzw. allgemein ein Biegemoment in den Prüfkörper zwischen den Haltemitteln 10a, 10b einleitbar ist. Dabei sind die Linearantriebe 13a, 13b parallel zur Drehachse D angeordnet und von dieser beabstandet. Die Linearantriebe 13a, 13b sind insbesondere symmetrisch zur Drehachse D angeordnet. Die Hebelelemente 14a, 14b sind zumindest in der Ruhestellung senkrecht zur Drehachse D angeordnet.
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Im Prüfbetrieb funktioniert der Prüfstand gemäß 1 wie folgt:
Zur Einstellung einer kombinierten Prüflast wird beispielsweise der erste Linearantrieb 13a betätigt derart, dass die Spindel 22a ausgefahren wird, so dass der Abstand zwischen den beiden Hebelelementen 14a, 14b im Bereich der Spindel 22a vergrößert wird. Dadurch werden die mit den Hebelelementen 14a, 14b verbundenen Haltemittel 10a, 10b aus der Ruhestellung ausgelenkt und schwenken um die Schwenkachse S. Dadurch kommt es zu einer Biegung des Probekörpers 15, in den eine Biegespannung induziert wird. Durch Erzeugung einer Drehbewegung des Probekörpers 15 durch den Drehantrieb 11 wird dieser mit einem Umlaufbiegemoment beaufschlagt. Das durch den ersten Linearantrieb 13a aufgebrachte Biegemoment kann konstant sein oder während des Prüfbetriebs verändert werden.
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Zur Einstellung der Mittelspannung, insbesondere zum Einstellen des Schwellbetriebs der Prüfvorrichtung gemäß 1 wird der zweite Linearantrieb 13b betätigt. Dazu wird die zweite Spindel 22b des zweiten Linearantriebs 13b ausgefahren, die gegen das durch den ersten Linearantrieb 13a erzeugte Moment arbeitet und eine Axialkraft, insbesondere eine Zugkraft auf den Probekörper 15 ausübt. Die durch den zweiten Linearantrieb 13b erzeugte Axialkraft kann konstant sein oder während des Prüfbetriebs verändert werden.
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Zur Überlagerung des Umlaufbiegemoments mit einer Druckkraft werden die beiden Linearantriebe 13a, 13b entsprechend umgekehrt betrieben.
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Im Prinzip kann auch ein wechselndes Biegemoment mit den beiden zur Drehachse parallelen Linearantrieben bei nicht drehendem Probekörper aufgebracht werden, indem die Linearantriebe mit wechselnden Axialkräften betrieben werden.
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Insgesamt kann die Vorrichtung wie folgt betrieben werden:
Ein reines Biegemoment ohne Axialkraft wird erzeugt, wenn beide Linearantriebe 13a, 13b gleich große Zug- und Druckkräfte erzeugen, die sich gegenseitig aufheben. Ein Linearantrieb 13a wird dabei ausgefahren (Zugkraft) und der andere Linearantrieb 13b wird eingefahren (Druckkraft). Für die Überlagerung mit einer Zugkraft bestehen 2 Möglichkeiten: Mit einem der Linearantriebe 13a wird eine Zugkraft erzeugt, die größer ist, als die mit dem anderen Linearantrieb 13b erzeugte Druckkraft, so dass insgesamt eine Zugkraft resultiert. Alternativ können beide Linearantriebe 13a, 13b Zugkräfte erzeugen, die unterschiedlich groß sind, so dass ein Biegemoment resultiert. Dasselbe gilt in analoger Weise für die Überlagerung mit einer Druckkraft. Die Erzeugung einer reinen Axialkraft ist bei gleich großen Zugkräften bzw. bei gleich großen Druckkräften im Prinzip möglich, in der Praxis aber weniger relevant.
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Die Erfindung ist nicht auf das in 1 dargestellte Parallelgestänge als einzige Belastungseinrichtung 12 beschränkt. Vielmehr können weitere Linearantriebe vorgesehen sein, die jeweils über einen weiteren Hebelmechanismus mit den Haltemitteln 10a, 10b verbunden sind. Die weiteren Hebelanordnungen können entsprechend der in 1 dargestellten Hebelanordnung ausgebildet sein bzw. ein entsprechendes Gestänge aufweisen. Die sich dabei ergebende Wechselwirkung bzw. Auslenkung der Gestänge kann beispielsweise durch die Federn 23 kompensiert werden.
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Ferner ist es möglich, die Position der Anlenkstellen der Linearantriebe 13a, 13b an den Hebelelementen 14a, 14b zu variieren. Durch die Änderung der Hebellänge ist das maximal aufbringbare Umlaufbiegemoment einstellbar. Es ist auch möglich, den ersten und/oder zweiten Linearantrieb 13a, 13b schräg bezogen auf die Drehachse D anzuordnen. Dadurch können die Umlaufbiegemomente variiert werden, die jeweils im Bereich der Haltemittel 10a, 10b eingeleitet werden. Es versteht sich, dass der vorstehend gebrauchte Begriff „Axialkraft” auch Axialkraftkomponenten umfasst, die parallel zur Drehachse D bzw. in Richtung der Drehachse D wirkt. Dabei kann der erste und/oder der zweite Linearantrieb 13a, 13b einerseits am Gehäuse 17 der Spindellagerung 19 und andererseits am gegenüber angeordneten ersten Hebelelement 14a angreifen.
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Es ist auch möglich, den ersten und/oder zweiten Linearantrieb 13a, 13b nur an einem ersten Ende mit dem ersten und/oder zweiten Hebelelement 14a, 14b zu verbinden. Das andere Ende des ersten und/oder zweiten Linearantriebs 13a, 13b kann mit einem Rahmen des Prüfstandes verbunden sein.
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Es ist ferner möglich, einen der beiden Linearantriebe 13a, 13b mit dem Drehantrieb 11 oder mit der Spindellagerung 19 zu koppeln, wie in 2 dargestellt. Der andere Linearantrieb 13a, 13b ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Belastungseinrichtung 12 ausgebildet. Damit könnte einer der beiden in 1 dargestellten Linearantriebe 13a, 13b entfallen derart, dass das Gestänge für die Einleitung des Biegemoments einen einzigen Linearantrieb 13a umfasst, der an beiden Enden mit den Hebelelementen 14a, 14b verbunden ist. Die Axialkraft kann durch Verschieben der Antriebseinheit und das Umlaufbiegemoment durch Betätigen des zwischen den beiden Hebelelementen 14a, 14b wirkenden einzigen Linearantriebs 13a erzeugt werden.
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Wenn auf die Einleitung der zusätzlichen, unabhängig vom Biegemoment einstellbaren Axialkraft verzichtet werden soll, kann die Vorrichtung einen einzigen Linearantrieb 13a umfassen, der mit einem einzigen Hebelelement 14a oder mit beiden Hebelementen 14a, 14b verbunden ist.
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Bei der Vorrichtung gemäß 2 erfolgt die Krafteinleitung einerseits durch eine Hubeinrichtung 24 mit einem Hubgestänge 25, das an den beiden Halteelementen 10a, 10b senkrecht zur Drehachse D angreift und im Prüfbetrieb die Halteelementen 10a, 10b auslenkt. Die Hubeinrichtung 24 ist durch eine Feder 26 mit dem Gestänge gekoppelt. Durch die Hubeinrichtung 24 bzw. das Hubgestänge 25 wird ein Biegemoment im Probekörper 15 erzeugt.
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Andererseits erfolgt die Krafteinleitung durch den Linearantrieb 13c, der in seiner Funktion dem zweiten Linearantrieb 13b gemäß 1 entspricht und der Überlagerung des Biegemoments durch eine Axialkraft dient. Der Linearantrieb 13c greift am Drehantrieb 11, insbesondere an einem Gestell oder Gehäuse oder an einer anderen für die Krafteinleitung geeigneten Komponente des Drehantriebs 11 an und leitet über diesen eine Axialkraft (Zugkraft/Druckkraft) in den Probekörper 11 ein. Dazu ist der zusammen mit dem ersten Haltemittel 10a um die Schwenkachse S schwenkbare Drehantrieb 11 entlang der Drehachse D verschieblich, bzw. parallel zur Drehachse verschieblich. Der Linearantrieb 13c ist durch eine Feder mit dem Drehantrieb 11 gekoppelt.
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Optional können beide Prüfstände gemäß 1, 2 jeweils eine Biegemomentmesseinheit 27 aufweisen, die beispielsweise dem ersten Haltemittel 10a zugeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10a
- 1. Haltemittel
- 10b
- 2. Haltemittel
- 11
- Drehantrieb
- 12
- Belastungseinrichtung
- 13a
- 1. Linearantrieb
- 13b
- 2. Linearantrieb
- 14a
- 1. Hebelelement
- 14b
- 2. Hebelelement
- 15
- Probekörper
- 16
- Drehspindel
- 17
- Gehäuse
- 18
- Spannzeug
- 19
- Spindellagerung
- 20
- Lagerbock
- 21
- Schwenklager
- 22a, 22b
- Spindel
- 23
- Feder
- 24
- Hubeinrichtung
- 25
- Hubgestänge
- 26
- Feder
- 27
- Messeinheit
- D
- Drehachse
- S
- Schwenkachse
