DE102010027897A1 - Oscillation tester for mechanically loading sample and for testing e.g. crankshaft, has vibration systems oscillate with respect to support of sample and surroundings, and actuators controlled by control device - Google Patents

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Abstract

The tester (1) has two resonance test actuators that are coupled with the vibration systems (9, 10) and electrically forming two actuators (5, 6). The vibration systems comprise two resonance frequencies. The vibration systems excite oscillations with vibration generator frequencies that are more approximate with the resonance frequencies, via the actuators such that periodic oscillatory loads (11, 12) are produced, respectively. The vibration systems oscillate with respect to a support of a sample (13) and surroundings (58). The actuators are controlled by a control device (2).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsprüfeinrichtung für die mechanische Beaufschlagung eines Prüflings mit zwei (oder mehr) zeitveränderlichen Belastungen.The invention relates to a Schwingungsprüfeinrichtung for the mechanical loading of a test specimen with two (or more) time-varying loads.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Gattungsgemäße Schwingungsprüfeinrichtungen sind in der IPC-Klasse G01M007 einklassifiziert, die Prüfstände mit Schwingungsanregung in einer Mehrzahl von Richtungen zur mehrdimensionalen Schwingungsprüfung von Bau- oder Maschinenteilen betrifft. Derartige Schwingungsprüfeinrichtungen dienen beispielsweise der Dauerfestigkeitsprüfung, Ermüdungsprüfung und Lebensdauerprüfung für einen Prüfling, wobei an der Schwingungsprüfeinrichtung in einem realen Betrieb des Prüflings auftretende Belastungen simuliert werden oder der Prüfling einem vorgegebenen Lastprogramm ausgesetzt wird.Generic vibration testing devices are classified in the IPC Class G01M007, which relates to vibrating vibrating test stands in a plurality of directions for multi-dimensional vibration testing of structural or machine parts. Such Schwingungsprüfeinrichtungen serve, for example, the fatigue test, fatigue test and life test for a test specimen, which occurring at the Schwingungsprüfeinrichtung in a real operation of the specimen occurring loads are simulated or the specimen is exposed to a predetermined load program.

DE 20 2005 011 615 U1 offenbart eine Schwingungsprüfeinrichtung, mit welcher Kraftfahrzeug-Bauteile, nämlich Motoren, Achsen, ein Fahrwerk oder eine Aufhängung hinsichtlich ihrer Lebensdauer bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit unter möglichst realen Bedingungen geprüft werden sollen. Hierzu werden bei Testfahrten wirkende Belastungen, nämlich Kräfte und Bewegungen über Kraft- und Bewegungsaufnehmer erfasst. Die erfassten Kräfte und Bewegungen werden dann in der Schwingungsprüfeinrichtung simuliert oder ”nachgefahren”. Die Schwingungsprüfeinrichtung besitzt eine Art Tisch, gegenüber welchem der Prüfling über Federn mit mehreren Freiheitsgraden elastisch abgestützt ist. Der Tisch wird über mehrere Aktuatoren, hier Hydraulikzylinder, in eine dreidimensionale Bewegung versetzt. Eine Ansteuerung der Hydraulikzylinder erfolgt über eine Steuereinrichtung entsprechend den bei Testfahrten gewonnen Kraft- und Bewegungsverläufen. Infolge der elastischen Abstützung des Prüflings gegenüber dem Tisch ergibt sich dann ein komplexes dreidimensionales Bewegungsverhalten des Prüflings, welches mit einer Bewegungserfassungseinrichtung, hier eine Stereokamera, erfasst wird. DE 20 2005 011 615 U1 discloses a vibration test device with which motor vehicle components, namely motors, axles, a chassis or a suspension to be tested in terms of their life or failure probability under realistic conditions as possible. For this purpose, loads acting on test drives, namely forces and movements via force and motion sensors are recorded. The detected forces and movements are then simulated or "traced" in the vibration testing device. The Schwingungsprüfeinrichtung has a kind of table against which the specimen is resiliently supported by springs with multiple degrees of freedom. The table is moved into a three-dimensional movement via several actuators, here hydraulic cylinders. A control of the hydraulic cylinder takes place via a control device according to the force and motion characteristics obtained during test drives. As a result of the elastic support of the specimen relative to the table then results in a complex three-dimensional movement behavior of the specimen, which is detected with a movement detection device, here a stereo camera.

DE 691 31 185 T2 offenbart eine ebenfalls mit einem Tisch ausgebildete Schwingungsprüfeinrichtung, bei welcher eine multiaxiale Vibration des Tisches und damit des auf dem Tisch befestigten Prüflings erzeugt werden soll. Hier findet ein Wabenmaterial Einsatz, welches eine eindimensionale Anregung umwandeln soll in eine multiaxiale Anregung. DE 691 31 185 T2 discloses a vibration test device, also with a table, in which a multiaxial vibration of the table and thus of the test object mounted on the table is to be generated. Here, a honeycomb material is used, which is to convert a one-dimensional excitation into a multiaxial excitation.

DE 35 38 229 C2 beschreibt in der Beschreibungseinleitung einen Aufsatz ”Beherrschung und Ausnutzung von Schwingungen als Konstruktionsaufgabe” in der VDI-Zeitschrift, Jahrgang 100 (1959), Nr. 25, S. 1230, Bild 20 , in dem eine Schwingungsprüfeinrichtung offenbart ist, bei welcher ein Tisch auf zwei verschiedene Weisen federnd abgestützt werden kann, nämlich einerseits als horizontales Schwingungssystem, indem der Tisch über vertikal ausgerichtete Blattfedern abgestützt ist, sowie andererseits als vertikales Schwingungssystem, indem der Tisch über Kniegelenk-Blattfedern abgestützt ist. Je nach Abstützung kann mittels eines einzigen Aktuators der Tisch entweder in Horizontalschwingungen oder in Vertikalschwingungen mit beliebiger Frequenz und einstellbarer Amplitude angeregt werden. Die Druckschrift DE 35 38 229 C2 widmet sich vor diesem Hintergrund der Aufgabe, eine derartige Schwingungsprüfeinrichtung so zu modifizieren, dass der Tisch variabel überlagerbare Vertikal- und Horizontalschwingungen ausführen kann. Hierzu wird der Tisch sowohl horizontal als auch vertikal federnd gelagert und von einem Aktuator in horizontaler Richtung sowie einem weiteren Aktuator in vertikaler Richtung mit einstellbaren oder auch im Betrieb regelbaren Frequenzen, Amplituden und Phasenlagen zu Schwingungen angeregt. Durch entsprechende Regelung der Aktuatoren können in beliebiger Weise die überlagerten Vertikalschwingungen und Horizontalschwingungen verändert werden. Als Aktuatoren werden pneumatische, hydraulische oder elektrische Schwingungserzeuger eingesetzt. Möglich ist auch der Einsatz eines Kurbeltriebs für eine Federfußpunkterregung, wobei der Kurbelarm des Kurbeltriebs einstellbar ausgebildet sein soll. DE 35 38 229 C2 describes an essay in the introduction to the description "Control and exploitation of vibrations as a construction task" in the VDI-Zeitschrift, year 100 (1959), No. 25, p. 1230, picture 20 in which a Schwingungsprüfeinrichtung is disclosed in which a table can be resiliently supported in two different ways, namely on the one hand as a horizontal vibration system by the table is supported by vertically aligned leaf springs, and on the other hand as a vertical vibration system by the table via knee joint leaf springs is supported. Depending on the support can be excited by means of a single actuator, the table either in horizontal vibrations or in vertical vibrations of any frequency and adjustable amplitude. The publication DE 35 38 229 C2 Against this background, the object is to modify such Schwingungsprüfeinrichtung so that the table can perform variable superimposed vertical and horizontal vibrations. For this purpose, the table is mounted both horizontally and vertically resilient and excited by an actuator in the horizontal direction and another actuator in the vertical direction with adjustable or adjustable in operation frequencies, amplitudes and phase angles to vibrations. By appropriate control of the actuators, the superimposed vertical vibrations and horizontal vibrations can be changed in any way. The actuators used are pneumatic, hydraulic or electric vibrators. It is also possible to use a crank mechanism for a Federfußpunkterregung, the crank arm of the crank mechanism should be designed to be adjustable.

DE 29 13 681 C2 betrifft ebenfalls einen Rütteltisch, mittels dessen mehrachsige Quasi-Zufalls-Schwingungen in einem breiten Frequenzband mit geringen Kosten erzeugt werden sollen. DE 29 13 681 C2 also relates to a vibrating table by means of which multiaxial quasi-random oscillations in a wide frequency band are to be produced at low cost.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsprüfeinrichtung vorzuschlagen, mittels welcher unter Beachtung des Energieaufwands und/oder Zeitaufwands ein Prüfling definierten mehrdimensionalen Belastungen ausgesetzt werden kann.The invention has for its object to provide a Schwingungsprüfeinrichtung, by means of which, taking into account the energy consumption and / or time required a Prüfling defined multi-dimensional loads can be suspended.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einer Schwingungsprüfeinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung ergeben sich entsprechend den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10. Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist gegeben durch die neuartige Verwendung einer Schwingungsprüfeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11.The object of the invention is achieved with a Schwingungsprüfeinrichtung with the features of independent claim 1. Further embodiments of a Schwingungsprüfeinrichtung invention will become apparent according to the dependent claims 2 to 10. A further solution to the problem underlying the invention is given by the novel use of a Vibration tester according to the features of claim 11.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsprüfeinrichtung, mittels welcher eine dynamische mechanische Beaufschlagung eines Prüflings erfolgt. Hierbei erfolgt keine eindimensionale oder einfache Belastung des Prüflings. Vielmehr findet erfindungsgemäß eine erste periodisch oszillierende Belastung sowie eine zweite periodisch oszillierende Belastung zur Beaufschlagung des Prüflings Einsatz. Die zweite periodisch oszillierende Belastung ist der ersten periodisch oszillierenden Belastung überlagert.The invention relates to a vibration test device, by means of which a dynamic mechanical loading of a test object takes place. There is no one-dimensional or simple loading of the test object. Rather, according to the invention, a first periodically oscillating load and a second periodically oscillating load are used to load the test piece. The second periodically oscillating load is superimposed on the first periodically oscillating load.

Die genannten Belastungen besitzen unterschiedliche Wirkungen. Bei den unterschiedlichen Belastungen kann es sich beispielsweise jeweils um Kräfte handeln, jeweils um Momente (bspw. ein Torsionsmoment und/oder ein Biegemoment) handeln oder bei einer Belastung um eine Kraft und bei einer anderen Belastung um ein Moment handeln. Hierbei besitzen die Belastungen unterschiedliche Wirkungen, beispielsweise unterschiedliche Wirkachsen oder Wirkrichtungen. Vorzugsweise besteht die unterschiedliche Wirkung in der Erzeugung unterschiedlicher Spannungszustände in dem Prüfling, beispielsweise in einer Schubspannung einerseits und einer Normalspannung andererseits, wobei aber auch die Überlagerung von gleichartigen Spannungen unterschiedlicher Richtungen möglich ist.The mentioned loads have different effects. The different loads may, for example, each be forces, in each case be moments (for example a torsional moment and / or a bending moment) or act on one load by one force and another load by one moment. Here, the loads have different effects, such as different axes of action or effective directions. Preferably, the different effect in the generation of different stress states in the specimen, for example in a shear stress on the one hand and a normal stress on the other hand, but also the superposition of similar voltages of different directions is possible.

Erfindungsgemäß wird die erste periodisch oszillierende Belastung über einen ersten Resonanzprüfaktuator erzeugt. Dieser ist mit einem ersten Schwingungssystem gebildet, das eine erste Resonanzfrequenz besitzt und über einen ersten (vorzugsweise elektrischen) Aktuator zu Schwingungen bei der ersten Resonanzfrequenz angeregt wird. Unter einer Anregung bei der ersten Resonanzfrequenz wird jede Anregung verstanden, welche eine Resonanzüberhöhung der Übertragungsfunktion des ersten Schwingungssystems ausnutzt, wozu die Anregungsfrequenz auch geringfügig von der Resonanzfrequenz abweichen kann. Entsprechend ist ein zweiter Resonanzprüfaktuator mit einem zweite Schwingungssystem mit einer zweiten Resonanzfrequenz vorgesehen, welches die zweite periodisch oszillierende Belastung erzeugt, indem dieses zweite Schwingungssystem über einen zweiten (vorzugsweise elektrischen) Aktuator zu Schwingungen bei der zweiten Resonanzfrequenz angeregt wird. Die erfindungsgemäße Nutzung von zwei Resonanzprüfaktuatoren hat zur Folge, dass infolge der Ausnutzung der Resonanzüberhöhungen der Übertragungsfunktionen der Schwingungssysteme mit minimalem Energieeintrag, also minimaler von dem Aktuator aufzubringender Energie, große Schwingungsamplituden, also auch große Belastungen, erzeugt werden können. Die Ausnutzung der Resonanz führt somit zu einer Art Verstärkung und Erhöhung des Wirkungsgrads der Schwingungsprüfeinrichtung.According to the invention, the first periodically oscillating load is generated via a first resonance test actuator. This is formed with a first vibration system which has a first resonance frequency and is excited via a first (preferably electrical) actuator to oscillations at the first resonance frequency. An excitation at the first resonance frequency is understood to mean any excitation which exploits a resonance increase in the transfer function of the first oscillation system, for which purpose the excitation frequency may also deviate slightly from the resonance frequency. Accordingly, a second Resonanzprüfaktuator is provided with a second vibration system having a second resonant frequency, which generates the second periodically oscillating load by this second vibration system is excited via a second (preferably electrical) actuator to oscillations at the second resonant frequency. The use of two Resonanzprüfaktuatoren invention has the consequence that as a result of exploiting the resonance peaks of the transfer functions of the vibration systems with minimal energy input, so minimal applied by the actuator energy, large vibration amplitudes, including large loads can be generated. The utilization of the resonance thus leads to a kind of reinforcement and increase the efficiency of the Schwingungsprüfeinrichtung.

Für die eingangs erläuterten Schwingungsprüfeinrichtungen gemäß dem Stand der Technik sind Schwingungssysteme mit dem Tisch und Federn gebildet, während der Prüfling starr mit dem Tisch gekoppelt ist und lediglich den Vibrationen des Tisches ausgesetzt wird, so dass die Belastung des Prüflings darin besteht, dass der Prüfling dem Bewegungsprofil des Tisches folgen muss. innere Kraftgrößen des mit dem Tisch gebildeten Schwingungssystems, also beispielsweise eine Kraft in einer den Tisch abstützenden Feder, beaufschlagen den Prüfling nicht. Andererseits erfordert die Resonanzanregung einer derartigen Schwingungsprüfeinrichtung mit schwingendem Tisch, dass die verhältnismäßig große Masse des Tischs, die in diesem Fall Bestandteil des Schwingungssystems ist, von dem Aktuator bewegt werden muss. Die vorliegende Erfindung geht hier einen anderen Weg:
Durchaus möglich ist, dass auch erfindungsgemäß der Prüfling an einer Art schwingendem Tisch oder einer schwingenden Masse abgestützt ist. Allerdings sind erfindungsgemäß ergänzend zum Tisch oder zu der Abstützung das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem vorgesehen, in denen die (verallgemeinerte) Masse oder eine gemeinsame (verallgemeinerte) Masse Relativschwingungen zu dem Tisch oder der Abstützung ausführen kann. In diesen Schwingungssystemen kann dann die Dimensionierung und Schwingungsanregung grundsätzlich unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des Tischs selbst und dessen Abstützung gegenüber der Umgebung erfolgen, wobei natürlich eine gewisse Wechselwirkung der Bewegung des Tisches oder der Abstützung mit der Bewegung der Schwingungssysteme vorhanden sein, wenn der Tisch oder die Abstützung einer Schwingerkette bilden, in welcher der Tisch oder die Abstützung über Federelemente an die Umgebung angekoppelt ist und wiederum der Prüfling und die Schwingungssysteme an den Tisch oder die Abstützung angekoppelt sind.For the above-described Schwingungsprüfeinrichtungen according to the prior art vibration systems are formed with the table and springs, while the specimen is rigidly coupled to the table and is only exposed to the vibrations of the table, so that the load of the specimen is that the specimen Movement profile of the table must follow. Internal force quantities of the vibration system formed with the table, that is, for example, a force in a spring supporting the table, do not act on the test object. On the other hand, the resonant excitation of such a vibrating table vibrator requires that the relatively large mass of the table, which in this case is part of the vibratory system, be moved by the actuator. The present invention takes a different approach here:
It is entirely possible that according to the invention the specimen is supported on a kind of oscillating table or a vibrating mass. However, according to the invention, in addition to the table or to the support, the first oscillation system and the second oscillation system are provided, in which the (generalized) mass or a common (generalized) mass can perform relative oscillations to the table or the support. In these vibration systems, the dimensioning and vibration excitation can then basically be independent of the mechanical properties of the table itself and its support to the environment, of course, some interaction of the movement of the table or the support with the movement of the vibration systems be present when the table or form the support of a vibrating chain, in which the table or the support is coupled via spring elements to the environment and in turn the specimen and the vibration systems are coupled to the table or the support.

Durchaus möglich ist, dass die Resonanzfrequenzen und damit auch die Anregungsfrequenzen der Aktuatoren unterschiedlich ist, was zur Folge hat, dass die mit den Resonanzprüfaktuatoren erzeugten Belastungen unterschiedliche Frequenzen besitzen. Beispielsweise können infolge der unterschiedlichen Anregungsfrequenzen Maxima der beiden Resonanzprüfaktuatoren zu einem Zeitpunkt gleichzeitig auftreten, während diese zu anderen Zeitpunkten unterschiedliche zeitliche Abstände voneinander besitzen können oder ein Maximum eines Resonanzprüfaktuators mit einem Minimum des anderen Resonanzprüfaktuators zusammentreffen können.It is entirely possible that the resonance frequencies and thus also the excitation frequencies of the actuators are different, which has the consequence that the loads generated with the Resonanzprüfaktuatoren have different frequencies. For example, due to the different excitation frequencies, maxima of the two Resonanzprüfaktuatoren occur simultaneously at a time, while they may have different time intervals from each other at different times or a maximum of Resonanzprüfaktuators can coincide with a minimum of the other Resonanzprüfaktuators.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass es nicht immer vorteilhaft ist, wenn die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungssysteme unterschiedlich sind, so dass für die Resonanzanregung der beiden Schwingungssysteme die Aktuatoren bei unterschiedlichen Erregerfrequenzen arbeiten müssten. Grund hierfür ist, dass für die unterschiedlichen Erregerfrequenzen die Systemantworten zu einer ständig wechselnden Überlagerung der beiden Belastungen führen würden, beispielsweise in der Art einer ”Schwebung”, so dass keine definierten Prüfbedingungen vorliegen. Auf Grundlage dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, die beiden Schwingungssysteme derart auszulegen und zu gestalten oder abzustimmen, dass die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungssysteme (ungefähr) übereinstimmen. Bei Betrieb beider Schwingungssysteme mit derselben Erregerfrequenz und in Resonanz sind die Belastungen des Prüflings sehr unterschiedlich je nach Phasenlage der beiden Schwingungen der Schwingungssysteme. Treten die Maxima der beiden Schwingungssysteme gleichzeitig auf, führt dies zu einer höheren Belastung als wenn ein Schwingungssystem den Zustand der maximalen Belastung durch dieses erreicht, während das andere Schwingungssystem gerade einen Zustand erreicht hat, in welchem die durch dieses hervorgerufene Belastung einen Nulldurchgang hat. Dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß dadurch Sorge getragen, dass eine Steuereinrichtung, die auch in zwei miteinander gekoppelten Steuereinheiten bestehen kann, den ersten Aktuator sowie den zweiten Aktuator ansteuert. Die Ansteuerung erfolgt mit gleichen Erregerfrequenzen, die der ersten und zweiten Resonanzfrequenz entsprechen, wobei, wie bereits oben erläutert, auch geringfügige Abweichungen der Erregerfrequenz von den Resonanzfrequenzen möglich sind, sofern die Resonanzüberhöhung für die beiden Schwingungssysteme ausgenutzt wird. Weiterhin erfolgt die Ansteuerung durch die Steuereinrichtung derart, dass die Anregung durch die beiden Aktuatoren mit zueinander korrelierter vorgegebener Phasenlage erfolgt. Um hier lediglich einige Beispiele zu nennen, kann die Phasenverschiebung zwischen der Anregung durch die beiden Aktuatoren 0° oder 90° oder 180° betragen oder einen beliebigen anderen Winkel zwischen 0° und 180°. Möglich ist, dass für eine Prüfung auch unterschiedliche zueinander korrelierte Phasenlagen für einen definierten Prüfzeitraum vorgegeben werden oder eine Art ”Sweep” der Phasenlage erfolgt. A further embodiment of the invention utilizes the knowledge that it is not always advantageous if the resonance frequencies of the two vibration systems are different, so that the actuators would have to operate at different exciter frequencies for the resonance excitation of the two vibration systems. The reason for this is that for the different excitation frequencies the system responses would lead to a constantly changing superposition of the two loads, for example in the manner of a "beat", so that there are no defined test conditions. On the basis of this knowledge, the invention proposes to design the two vibration systems and to design or tune that the resonance frequencies of the two vibration systems (approximately) match. When operating both vibration systems with the same excitation frequency and in resonance, the loads of the specimen are very different depending on the phase position of the two oscillations of the vibration systems. If the maxima of the two oscillation systems occur simultaneously, this leads to a higher load than if one oscillation system reaches the state of maximum load through it, while the other oscillation system has just reached a state in which the load caused by it has a zero crossing. According to the invention, this finding is ensured by the fact that a control device, which may also consist of two control units coupled to one another, actuates the first actuator and the second actuator. The control is carried out with the same excitation frequencies corresponding to the first and second resonance frequency, wherein, as already explained above, even slight deviations of the excitation frequency of the resonance frequencies are possible, provided that the resonance peak is utilized for the two vibration systems. Furthermore, the control is carried out by the control device such that the excitation is carried out by the two actuators with each other correlated predetermined phase position. To mention just a few examples here, the phase shift between the excitation by the two actuators can be 0 ° or 90 ° or 180 ° or any other angle between 0 ° and 180 °. It is possible that for a test, different phase relationships correlated to each other are given for a defined test period or a kind of "sweep" of the phase position is performed.

Möglich ist, dass für diese Ausführungsform die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme exakt identisch sind. In der Praxis werden diese jedoch nicht immer exakt übereinstimmen, so dass anspruchsgemäß ”ungefähr” gleiche Resonanzfrequenzen beansprucht sind und beansprucht ist, dass die Erregerfrequenz Ω ”ungefähr” den Resonanzfrequenzen entspricht. Hiermit sollen auch Abweichungen der Frequenzen erfasst werden, die dennoch eine Resonanzüberhöhung der Schwingungssysteme ausnutzen. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Abweichung der Erregerfrequenz von mindestens einer Resonanzfrequenz und/oder der Resonanzfrequenzen um plus/minus 10%, insbesondere plus/minus 5% oder plus/minus 2% handeln. Ebenfalls möglich ist, dass als Erregerfrequenz eine Frequenz genutzt wird, bei welcher die Übertragungsfunktionen der Schwingungssysteme jeweils 80%, 90% oder 95% des Maximums bei den Resonanzfrequenzen nicht unterschreiten.It is possible that for this embodiment, the resonance frequencies of the vibration systems are exactly identical. In practice, however, these will not always coincide exactly, so that claimed "approximately" equal resonance frequencies are claimed and claimed that the excitation frequency Ω "approximately" corresponds to the resonance frequencies. This is also to detect deviations of the frequencies, which nevertheless exploit an increase in resonance of the vibration systems. By way of example, this may be a deviation of the excitation frequency from at least one resonance frequency and / or the resonance frequencies by plus / minus 10%, in particular plus / minus 5% or plus / minus 2%. It is also possible that a frequency is used as the excitation frequency at which the transfer functions of the vibration systems do not fall below 80%, 90% or 95% of the maximum at the resonance frequencies.

Grundsätzlich denkbar ist, dass, insbesondere bei bekannten mechanischen Eigenschaften des Prüflings, bspw. den unterschiedlichen relevanten Steifigkeiten und der Masse und Masseverteilung des Prüflings, eine konstruktive Gestaltung der Schwingungsprüfeinrichtung mit den Schwingungssystemen derart erfolgt, dass die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme hinreichend übereinstimmen. Sind aber die mechanischen Eigenschaften des Prüflings a priori nicht bekannt oder sollen unterschiedliche Prüflinge mit der Schwingungsprüfeinrichtung untersucht werden, schlägt die Erfindung vor, dass (mindestens) eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist, über welche die Resonanzfrequenz zumindest eines Schwingungssystems einstellbar ist. Möglich ist, dass eine Verstellung der Resonanzfrequenz erfolgt über die Veränderung einer in dem Schwingungssystem wirksamen Steifigkeit, wobei beispielsweise zusätzlich versteifende Elemente in dem Schwingungssystem eingesetzt werden können, welche somit in Parallelschaltung oder Reihenschaltung zu dem Prüfling in den Kraftfluss in das Schwingungssystem eingeschaltet sind. Vorzugsweise erfolgt aber eine Beeinflussung der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems über eine Veränderung der schwingenden Masse. Möglich ist hierbei, dass eine Masse erhöht oder verringert wird, indem beispielweise die Einstelleinrichtung das Anschrauben von Zusatzmassen ermöglicht. Ebenfalls möglich ist, dass die Einstelleinrichtung die Lage oder den Ort einer Masse verändert, wodurch eine Massenverteilung des Schwingungssystems verändert wird mit hierdurch herbeigeführter Veränderung eines Massen- oder Flächenträgheitsmoments o. ä. Möglich ist, dass über die Einstelleinrichtung eine Masse oder Steifigkeit in Stufen veränderbar ist, wie dies für das Anschrauben von Zusatzmassen oder einer Zusatzsteifigkeit der Fall ist. Eine besonders gute Einstellmöglichkeit ergibt sich, wenn die Einstelleinrichtung stufenlos die Veränderung eines Orts einer Masse, beispielsweise den Abstand einer oszillierenden Masse von einer Bewegungsachse ermöglicht, wobei eine feinfühlige Einstellung über eine geeignete Einstelleinrichtung wie einen Spindeltrieb o. ä. ermöglicht sein kann.In principle, it is conceivable that, in particular in the case of known mechanical properties of the test object, for example the different relevant stiffnesses and the mass and mass distribution of the test object, a structural design of the vibration test device with the vibration systems takes place in such a way that the resonance frequencies of the vibration systems sufficiently match. However, if the mechanical properties of the test specimen are not known a priori or if different test specimens are to be examined with the oscillation testing device, the invention proposes that (at least) an adjusting device be provided, via which the resonant frequency of at least one oscillation system can be set. It is possible that an adjustment of the resonance frequency takes place via the change in a stiffness in the vibration system, wherein, for example, additional stiffening elements can be used in the vibration system, which are thus switched in parallel or series connection to the DUT in the power flow into the vibration system. Preferably, however, an influencing of the resonant frequency of the vibration system via a change in the oscillating mass. It is possible here that a mass is increased or decreased by, for example, the adjustment allows the screwing of additional masses. It is also possible that the adjustment changed the position or location of a mass, whereby a mass distribution of the vibration system is changed with this brought about a change in mass or moment of inertia o. Ä. It is possible that via the adjustment a mass or rigidity in stages changeable is, as is the case for the attachment of additional mass or an additional stiffness. A particularly good adjustment is obtained when the adjustment infinitely allows the change of a location of a mass, such as the distance of an oscillating mass from a movement axis, with a sensitive adjustment via a suitable adjustment such as a spindle drive o.

Durchaus möglich ist, dass die beiden Schwingungssysteme ”zusätzlich” zu dem Prüfling ausgebildet sind und an den Prüfling angekoppelt sind, insbesondere über ein Federelement der Schwingungssysteme, welches dann die Belastung an den Prüfling überträgt. Für eine besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung verläuft der Kraftfluss allerdings in dem ersten Schwingungssystem und/oder dem zweiten Schwingungssystem über den Prüfling. Damit wird der Prüfling Bestandteil des ersten und/oder zweiten Schwingungssystems. Dies hat zur Folge, dass schwingende innere Kraftgrößen der Schwingungssysteme die Belastung des Prüflings bilden. Andererseits hat diese Ausgestaltung zur Folge, dass die Steifigkeit des ersten Schwingungssystems und des zweiten Schwingungssystems von dem Prüfling abhängig ist. Hierbei kann es sich um eine beliebige Abhängigkeit handeln – beispielsweise kann die Steifigkeit der Schwingungssysteme von einer Längssteifigkeit, Quersteifigkeit, Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit des Prüflings abhängig sein. It is entirely possible that the two vibration systems are "additionally" formed to the DUT and are coupled to the DUT, in particular via a spring element of the vibration systems, which then transmits the load to the DUT. For a particular embodiment according to the invention, however, the power flow runs in the first vibration system and / or the second vibration system via the test object. Thus, the test specimen becomes part of the first and / or second oscillation system. This has the consequence that oscillating internal force quantities of the vibration systems form the load of the test object. On the other hand, this configuration has the consequence that the stiffness of the first vibration system and the second vibration system is dependent on the DUT. This may be an arbitrary dependence - for example, the stiffness of the vibration systems of a longitudinal stiffness, transverse stiffness, bending stiffness and / or torsional stiffness of the test specimen dependent.

Die Schwingungssysteme können beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Linearschwinger, Biegeschwinger, Torsionschwinger, Umlaufbiegeschwinger, Innendruckschwinger mit einer beliebigen Zahl von Freiheitsgraden. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Schwingungssystem als ein Torsions-Schwingungssystem ausgebildet, bei welchem beispielsweise der Prüfling in Richtung seiner Längsachse als eine Art Torsionsfeder beaufschlagt wird. Hingegen ist für diese besondere Ausgestaltungsform das zweite Schwingungssystem als ein Biege-Schwingungssystem ausgebildet, bei welchem der Prüfling quer zu seiner Längsachse auf Biegung beaufschlagt sein kann. Für eine derartige Ausgestaltung kommt in dem Prüfling somit die durch die Torsion hervorgerufene Torsionsspannung und Schubspannung, welche radial nach außen ausgehend von der Längsachse größer wird, zur Überlagerung mit einer Normalspannung, welche quer zur Längsachse und quer zur Biegeachse ausgehend von einer neutralen Faser des Prüflings nach außen zunimmt. Durch geeignete Steuerung der Phasenlage der Anregung der beiden Schwingungssysteme kann die Vorgabe der zeitlichen Überlagerung der genannten Belastungen über die Steuereinrichtung vorgegeben werden. Durchaus möglich ist hierbei, dass ein einziges Bauteil sowohl die Torsionsschwingungen um eine erste Achse ausführende oszillierende Masse des Torsions-Schwingungssystems bildet als auch die Biegeschwingungen um eine zweite Achse ausführende Masse des Biege-Schwingungssystems bildet.The vibration systems can be designed as desired, for example as a linear oscillator, bending oscillator, torsional oscillator, circulating bending oscillator, internal pressure oscillator with an arbitrary number of degrees of freedom. In a particular embodiment of the invention, the first vibration system is designed as a torsional vibration system in which, for example, the DUT is acted upon in the direction of its longitudinal axis as a kind of torsion spring. By contrast, for this particular embodiment, the second vibration system is designed as a bending-vibration system in which the specimen can be subjected to bending transverse to its longitudinal axis. For such a configuration, the torsion stress and shear stress caused by the torsion, which becomes larger radially outward from the longitudinal axis, thus comes to overlap with a normal stress, which is transverse to the longitudinal axis and transverse to the bending axis, starting from a neutral fiber of the test specimen increases to the outside. By suitable control of the phase position of the excitation of the two vibration systems, the specification of the temporal superposition of said loads can be specified via the control device. Quite possible in this case is that a single component forms both the torsional oscillations about an oscillating mass of the torsional vibration system that is executing about a first axis and also forms the bending vibrations about a second axis of the bending vibration system.

In weiterer Ausgestaltung dieses Lösungsgedankens ist das Torsions-Schwingungssystem mit zwei Massen, beispielsweise zwei Torsionsscheiben gebildet, welche Oszillationsschwingungen ausführen. In dem Torsions-Schwingungssystem sind diese beiden Massen oder Scheiben über den auf Torsion beanspruchten Prüfling miteinander gekoppelt. Für derartige Ausgestaltung kann beispielsweise eine Einstellung der Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems erfolgen, indem mindestens eine oszillierend rotierende Masse verändert wird, indem eine Zusatzmasse angekoppelt wird oder der Abstand einer Teilmasse von der Torsionsachse an der Masse geändert wird. Zur Bildung des Biege-Schwingungssystems wirkt zwischen den beiden Rotationsschwingungen um die Torsionsachse ausführenden Massen oder Torsionsscheiben abseits einer Längsachse oder der Torsionsachse des Prüflings ein Aktuator, welcher als Belastung eine Kraft erzeugt, die parallel zu einer Längsachse oder Torsionsachse des Prüflings orientiert ist und ein Biegemoment auf den Prüfling aufbringt. Damit können die Massen auch den Hebelarm für die Erzeugung des Biegemoments zur Verfügung stellen, so dass diese multifunktional ausgebildet sind, wodurch sich eine kompakte Schwingungsprüfeinrichtung ergibt. Es versteht sich, dass die Massen des Torsions-Schwingungssystems abweichend zu den genannten scheibenförmigen Körpern eine beliebige Geometrie besitzen können, beispielsweise in Form eines Balkens oder mit sich kreuzenden Streben. Über Zusatzmassen an den Streben kann dann einerseits die Beeinflussung der Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems und andererseits des Biege-Schwingungssystems erfolgen.In a further refinement of this solution, the torsional vibration system is formed with two masses, for example two torsion discs, which perform oscillation oscillations. In the torsional vibration system, these two masses or disks are coupled together via the torsionally stressed test specimen. For such a configuration, for example, an adjustment of the resonant frequency of the torsional vibration system can be carried out by at least one oscillating rotating mass is changed by an additional mass is coupled or the distance of a partial mass of the torsion axis is changed to the mass. To form the bending vibration system acts between the two rotational vibrations about the torsion axis exporting masses or torsion disks away from a longitudinal axis or the torsion axis of the specimen, an actuator which generates a load as a force which is oriented parallel to a longitudinal axis or torsion axis of the specimen and a bending moment on the test specimen applies. Thus, the masses can also provide the lever arm for the generation of the bending moment available, so that they are multifunctional, resulting in a compact Schwingungsprüfeinrichtung. It is understood that the masses of the torsional vibration system can deviate from the disc-shaped bodies have any geometry, for example in the form of a bar or with crossing struts. About additional masses on the struts can then be done on the one hand to influence the resonant frequency of the torsional vibration system and on the other hand, the bending-vibration system.

Unter Umständen ist für die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu beachten, dass für die Anregung der unterschiedlichen Schwingungssysteme Aktuatoren eingesetzt werden, welche neben der Aufbringung von Kräften oder Momenten in die gewünschte Wirkrichtung einen Freiheitsgrad besitzen, welcher Schwingungen ermöglicht, die durch das andere Schwingungssystem hervorgerufen werden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die beiden Aktuatoren voneinander derart entkoppelt sind, dass die erzeugte Erregerkraft in einem Schwingungssystem unabhängig davon ist, wie der Schwingungszustand in dem anderen Schwingungssystem gerade ist.Under certain circumstances, it should be noted for the design according to the invention that actuators are used for the excitation of the different vibration systems, which in addition to the application of forces or moments in the desired direction of action have a degree of freedom, which allows vibrations caused by the other vibration system. In this case, it is advantageous if the two actuators are decoupled from one another in such a way that the generated excitation force in one oscillation system is independent of how the oscillation state in the other oscillation system is straight.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schwingungssysteme nicht als Torsions-Schwingungssystem sowie Biege-Schwingungssystem ausgebildet. Vielmehr sind mit dieser Ausgestaltung die beiden Schwingungssysteme jeweils als Schwingungssysteme mit translatorischem Freiheitsgrad ausgebildet mit Schwingungsachsen, die zueinander versetzt sind oder um einer Winkel α zueinander geneigt sind. Für diese Ausgestaltung der Schwingungsprüfeinrichtung kommen vorzugsweise in dem Prüfling zueinander geneigte oder versetzte translatorisch oszillierende Kräfte und/oder hierdurch erzeugte Biegemomente zur Überlagerung, was für einige Prüflinge den tatsächlichen Belastungen im Betrieb sehr nahe kommen können.In a further possible embodiment of the invention, the vibration systems are not designed as a torsional vibration system and bending vibration system. Rather, with this embodiment, the two vibration systems are each formed as vibration systems with translational degree of freedom with vibration axes which are offset from one another or inclined at an angle α to each other. For this embodiment of the Schwingungsprüfeinrichtung come preferably in the specimen mutually inclined or offset translational oscillating forces and / or bending moments generated thereby for superimposition, which for Some candidates may be very close to the actual loads during operation.

Die Einsatzmöglichkeiten einer derartigen Schwingungsprüfeinrichtung können erweitert werden, wenn der Neigungswinkel der Schwingungsachsen veränderbar ist, so dass die Schwingungsachsen entsprechend den Belastungen im realen Betrieb des Prüflings angepasst werden können.The possible applications of such a vibration testing device can be expanded if the angle of inclination of the vibration axes can be changed, so that the vibration axes can be adjusted in accordance with the loads in real operation of the test object.

Für eine besondere erfindungsgemäße Lösung findet eine Schwingungsprüfeinrichtung der zuvor erläuterten Art Einsatz für die Prüfung von Kurbelwellen, Kurbelwellenlagern oder Kurbelwellengehäusen eines Fahrzeugs. Eine Prüfung derartiger Prüflinge ist bis zur vorliegenden Erfindung vorrangig erfolgt durch Resonanz-Schwingungssysteme, in welchen der Prüfling ausschließlich einer Belastung ausgesetzt wurde. So wurden Kurbelwellen beispielsweise in einem Torsions-Schwingungssystem geprüft, in welchem die Kurbelwelle als kontinuierliche Torsionsfeder zwischen zwei relativ zueinander zu Torsionsschwingungen angeregte scheibenförmige Massen oder Balken zwischengeschaltet war. Alternativ erfolgte eine Prüfung von Kurbelwellen, indem die Kurbelwelle endseitig mit quer zur Längsachse der Kurbelwelle orientierten Querbalken gekoppelt wurde. Zwischen den Querbalken hat gemäß diesem Stand der Technik ein elektromagnetischer Aktuator eine parallel zur Längsachse der Kurbelwelle orientierte oszillierende Kraft erzeugt, die ein oszillierendes Biegemoment in der Kurbelwelle erzeugt hat. Ebenfalls eingesetzt wurde die zweiachsige Prüfung mittels geeigneter Hydraulikaktuatoren. Die Erfindung hat erkannt, dass es für eine realitätsnahe Prüfung von Kurbelwellen nicht ausreichend ist, in der Schwingungsprüfeinrichtung ”irgendwie” eine Überlagerung eines Biegemoments sowie eines Torsionsmoments vorzunehmen. Vielmehr besitzt eine Kurbelwelle infolge des mäanderförmigen Verlaufs derselben ein für die Biegesteifigkeit und Biegebelastung relevantes Flächenträgheitsmoment, welches sich je nach Winkelstellung der Kurbelwelle um die Torsions- oder Rotationsachse stark ändert. Für eine realitätsnahe Prüfung der Kurbelwelle ist es somit wünschenswert, das maximale Biegemoment für eine Winkelstellung der Kurbelwelle in diese einzuleiten, welche der Winkelstellung entspricht, für welche im realen Betrieb der Kurbelwelle eine maximale Kraft von dem Pleuel auf die Kurbelwelle ausgeübt wird. Dies kann durch die erfindungsgemäße Steuerung der Phasenlage der Erregung der Schwingungssysteme erfolgen. Das Vorgenannte gilt nicht nur für die Prüfung der Kurbelwelle selbst – entsprechendes gilt auch für die Prüfung der Kurbelwellenlager oder eine Prüfung eines Kurbelwellengehäuses oder von die Kurbelwellenlager abstützenden Gehäuseelementen.For a particular solution according to the invention, a vibration test device of the previously described type is used for testing crankshafts, crankshaft bearings or crankshaft housings of a vehicle. Examination of such specimens is prior to the present invention primarily by resonant vibration systems in which the specimen was subjected exclusively to a load. For example, crankshafts were tested in a torsional vibration system in which the crankshaft was interposed as a continuous torsion spring between two disc-shaped masses or beams excited relative to each other to torsional vibrations. Alternatively, an examination of crankshafts was carried out by coupling the crankshaft at its end with transverse bars oriented transversely to the longitudinal axis of the crankshaft. Between the transverse beams, according to this prior art, an electromagnetic actuator has generated an oscillating force oriented parallel to the longitudinal axis of the crankshaft, which has generated an oscillating bending moment in the crankshaft. Also used was the biaxial test by means of suitable hydraulic actuators. The invention has recognized that it is not sufficient for a realistic test of crankshafts to perform in the vibration tester "somehow" an overlay of a bending moment and a torsional moment. Rather, as a result of the meandering course of the crankshaft, it has a moment of inertia of area which is relevant for the flexural rigidity and bending load and which changes greatly depending on the angular position of the crankshaft about the torsional or rotational axis. For a realistic test of the crankshaft, it is thus desirable to introduce the maximum bending moment for an angular position of the crankshaft in this, which corresponds to the angular position for which in real operation of the crankshaft, a maximum force is exerted by the connecting rod on the crankshaft. This can be done by the inventive control of the phase position of the excitation of the vibration systems. The above applies not only to the testing of the crankshaft itself - the same applies to the testing of crankshaft bearings or a test of a crankshaft housing or by the crankshaft bearings supporting housing elements.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt schematisch ein Wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung. 1 schematically shows an operating principle of a vibration test device according to the invention.

2 zeigt in einer Vorderansicht eine konstruktive Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung. 2 shows a front view of a structural design of a Schwingungsprüfeinrichtung invention.

3 zeigt die Schwingungsprüfeinrichtung gemäß 2 in einer Draufsicht. 3 shows the Schwingungsprüfeinrichtung according to 2 in a top view.

4 zeigt die von den Aktuatoren erzeugten Erregersignale mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung. 4 shows the excitation signals generated by the actuators with a predetermined phase shift.

5 zeigt die Übertragungsfunktionen der beiden Schwingungssysteme mit bei gleichen Resonanzfrequenzen auftretenden Resonanzüberhöhungen. 5 shows the transfer functions of the two vibration systems with resonant peaks occurring at the same resonance frequencies.

6 zeigt den Erregerkraftverlauf des ersten Schwingungssystems in Abhängigkeit von dem Erregerkraftverlauf des zweiten Schwingungssystems. 6 shows the exciting force curve of the first vibration system as a function of the exciting force curve of the second vibration system.

7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung. 7 shows a further embodiment of a vibration tester according to the invention.

8 zeigt die Übertragungsfunktionen der beiden Schwingungssysteme mit Resonanzüberhöhungen, die bei voneinander abweichenden Resonanzfrequenzen auftreten. 8th shows the transfer functions of the two vibration systems with resonance peaks, which occur at diverging resonance frequencies.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt schematisch eine Schwingungsprüfeinrichtung 1. Diese verfügt über eine Steuereinrichtung 2, welche über Steuersignale 3, 4 Aktuatoren 5, 6 ansteuert. Beispielsweise handelt es sich bei den Steuersignalen 3, 4 um elektrische sinusförmige Signale E mit E1(t) = E10 × sin(Ω1t) und E2(t) = E20 × sin(Ω2t + φ) mit E1(t) als zeitabhängiges elektrisches Signal 3, E2(t) als zeitabhängiges elektrisches Signal 4, E10, E20 als Amplitude der Signale 3, 4, Ω1 = Ω2 = Ω als Erregerfrequenz und φ als Phasenverschiebung zwischen den Signalen 3, 4. 1 schematically shows a vibration tester 1 , This has a control device 2 which via control signals 3 . 4 actuators 5 . 6 controls. For example, the control signals 3 . 4 to electrical sinusoidal signals E with E 1 (t) = E 10 × sin (Ω 1 t) and E 2 (t) = E 20 × sin (Ω 2 t + φ) with E 1 (t) as a time-dependent electrical signal 3 , E 2 (t) as a time-dependent electrical signal 4 , E 10 , E 20 as the amplitude of the signals 3 . 4 , Ω 1 = Ω 2 = Ω as the excitation frequency and φ as the phase shift between the signals 3 . 4 ,

Die Aktuatoren 5, 6 erzeugen aus den Steuersignalen 3, 4 Kraftsignale 7, 8, wobei es sich um verallgemeinerte Kräfte, also Kräfte, Biegemomente oder Torsionsmomente in beliebige Richtungen, handeln kann. Für die Kraftsignale ergibt sich: F1 = F10 × sin(Ω1t) und F2 = F20 × sin(Ω2t + φ) mit F1(t) als zeitabhängiges Kraftsignal 7, F2(t) als zeitabhängiges Kraftsignal 8, F10, F20 als Kraftamplituden der Kraftsignale 7, 8, Ω1 = Ω2 = Ω als Erregerfrequenz und φ als Phasenverschiebung zwischen den Kraftsignalen 7, 8.The actuators 5 . 6 generate from the control signals 3 . 4 force signals 7 . 8th , where it can be generalized forces, ie forces, bending moments or torsional moments in any direction, act. For the force signals results: F 1 = F 10 × sin (Ω 1 t) and F 2 = F 20 × sin (Ω 2 t + φ) with F 1 (t) as a time-dependent force signal 7 , F 2 (t) as a time-dependent force signal 8th , F 10 , F 20 as force amplitudes of the force signals 7 . 8th , Ω 1 = Ω 2 = Ω as the exciter frequency and φ as the phase shift between the force signals 7 . 8th ,

Es versteht sich, dass die Aktuatoren 5, 6 möglicherweise auch eine Phasenverschiebung erzeugen können, so dass das Steuersignal 3 gegenüber dem Kraftsignal 7 und/oder das Steuersignal 4 gegenüber dem Kraftsignal 8 phasenverschoben sein kann. Entscheidend ist aber, dass über die Steuereinrichtung 2 die Aktuatoren 5, 6 derart angesteuert werden, dass die Kraftsignale 7, 8 gleiche Erregerfrequenzen Ω besitzen sowie eine Phasenverschiebung φ zwischen den Kraftsignalen 7, 8 vorgebbar ist.It is understood that the actuators 5 . 6 possibly also be able to produce a phase shift, so that the control signal 3 opposite the force signal 7 and / or the control signal 4 opposite the force signal 8th can be out of phase. But it is crucial that on the control device 2 the actuators 5 . 6 be controlled so that the force signals 7 . 8th have the same excitation frequencies Ω and a phase shift φ between the force signals 7 . 8th can be specified.

Mit den Kraftsignalen 7, 8 wird jeweils ein Schwingungssystem 9, 10 zu fremderregten Schwingungen angeregt, was, insbesondere nach dem Abklingen transienter Schwingungen im eingeschwungenen Zustand, zu einer ersten Belastung 11, die durch das Schwingungssystem 9 verursacht wird, sowie einer zweiten Belastung 12, die durch das Schwingungssystem 10 erzeugt wird, führt. Bei diesen Belastungen 11, 12 handelt es sich um innere, oszillierende Kräfte oder Momente der Schwingungssysteme 9, 10 oder aber Kräfte, welche über die Ankopplung der Schwingungssysteme an den Prüfling 13 an diesen übergeben werden. Mit den Belastungen 11, 12 wird der Prüfling 13 beaufschlagt, so dass im Bereich des Prüflings 13 eine Überlagerung der beiden Belastungen 11, 12 erfolgt. Der Prüfling 13 ist gegenüber der Umgebung 58 abgestützt, beispielsweise fest an einem Fundament eingespannt oder über ein Federelement 57 an einem Fundament abgestützt.With the force signals 7 . 8th each becomes a vibration system 9 . 10 excited to foreign excited vibrations, which, especially after the decay of transient oscillations in the steady state, to a first load 11 passing through the vibration system 9 caused, as well as a second load 12 passing through the vibration system 10 is generated leads. With these loads 11 . 12 These are internal, oscillating forces or moments of the vibration systems 9 . 10 or forces, which via the coupling of the vibration systems to the DUT 13 be handed over to this. With the burdens 11 . 12 becomes the examinee 13 so that in the area of the test specimen 13 a superposition of the two loads 11 . 12 he follows. The examinee 13 is opposite the environment 58 supported, for example, firmly clamped to a foundation or via a spring element 57 supported on a foundation.

Möglich ist, dass das Federelement 57 Teil einer Schwingerkette ist, in welche auch das Schwingungssystem 9 und/oder das Schwingungssystem 10 integriert ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die schematische Prinzipskizze zum Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung 1 gemäß 1 nicht zwingend so zu verstehen ist, dass die Belastungen 11, 12 reine Ausgangsgrößen der Schwingungssysteme 9, 10 sind, die dann dem Prüfling 13 zugeführt werden (s. auch das Ausführungsbeispiel 7). Vielmehr kann der Prüfling 13 auch Bestandteil mindestens eines Schwingungssystems 9, 10 sein, indem dieser beispielsweise ein Federelement der Schwingungssysteme 9, 10 bildet, welches mit den Schwingungen als Bestandteil der Schwingungssysteme 9, 10 ausgelenkt wird, so dass die Federkraft die Belastungen 11, 12 bildet (s. a. die gestrichelte und strichpunktierte Umrandung in 1 sowie das Ausführungsbeispiel 2 und 3). Hierbei können unterschiedliche Steifigkeiten des Prüflings 13 als Federelement der Schwingungssysteme 9, 10 genutzt werden. Beispielsweise kann für die Ausbildung des Schwingungssystems 9 als translatorisches Schwingungssystem eine Längssteifigkeit des Prüflings 13 als Federelement genutzt werden, während eine Biegesteifigkeit des Prüflings 13 in einem als Biege-Schwingungssystem ausgebildeten Schwingungssystem 10 genutzt werden kann. Mit dem Aktuator 5 (bzw. 6) und dem zugeordneten Schwingungssystem 9 (bzw. 10) ist jeweils ein Resonanzprüfaktuator gebildet, welcher die Belastungen 11, 12 für den Prüfling 13 erzeugt.It is possible that the spring element 57 Part of a vibrating chain is, in which also the vibration system 9 and / or the vibration system 10 is integrated. It should be noted that the schematic schematic diagram of the operating principle of the Schwingungsprüfeinrichtung invention 1 according to 1 not necessarily to be understood that the burdens 11 . 12 pure output variables of the vibration systems 9 . 10 who are then the examinee 13 be supplied (see also the embodiment 7 ). Rather, the examinee 13 also part of at least one vibration system 9 . 10 be by this example, a spring element of the vibration systems 9 . 10 forms, which with the vibrations as part of the vibration systems 9 . 10 is deflected, so that the spring force the loads 11 . 12 forms (sa the dashed and dot-dashed border in 1 as well as the embodiment 2 and 3 ). Here, different stiffnesses of the test piece 13 as a spring element of the vibration systems 9 . 10 be used. For example, for the training of the vibration system 9 as a translational vibration system, a longitudinal rigidity of the specimen 13 be used as a spring element, while a flexural rigidity of the specimen 13 in a vibration system designed as a bending vibration system 10 can be used. With the actuator 5 (respectively. 6 ) and the associated vibration system 9 (respectively. 10 ) is formed in each case a Resonanzprüfaktuator which the loads 11 . 12 for the examinee 13 generated.

In den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 sowie 7 sind die Bezugszeichen gemäß 1 für unterschiedliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen verwendet:
Für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 ist die Schwingungsprüfeinrichtung 1 mit einem ersten Schwingungssystem 9 ausgebildet, welches als Torsions-Schwingungssystem 14 ausgebildet ist. Dieses erste Schwingungssystem 9 ist

  • – über eine erste Masse 15, hier eine Platte, welche über elastische Füße oder Federelemente 16 gegenüber der Umgebung, hier einem Fundament oder Boden, abgestützt ist, und
  • – eine zweite Masse 17, hier eine Drehscheibe 18, die unter Zwischenschaltung eines Torsion-Federelements 19 gegenüber der Masse 15 abgestützt ist,
mit der Umgebung gekoppelt.In the embodiments according to 2 and 3 such as 7 are the reference numerals according to 1 used for different embodiments of the invention:
For the embodiment according to 2 and 3 is the vibration tester 1 with a first vibration system 9 formed, which as a torsional vibration system 14 is trained. This first vibration system 9 is
  • - over a first mass 15 , here a plate, which has elastic feet or spring elements 16 is supported against the environment, here a foundation or ground, and
  • - a second mass 17 , here a turntable 18 , with the interposition of a torsion spring element 19 opposite to the mass 15 is supported,
coupled with the environment.

Auf der dem Federelement 19 abgewandten Seite der Masse 17 stützt sich an dieser eine Haltevorrichtung 20 für den Prüfling 13, hier eine Kurbelwelle 21 bzw. ein axialer Teilabschnitt derselben, ab. In die Haltevorrichtung 20 kann ein Sensor, beispielsweise ein Kraftaufnehmer oder Beschleunigungsaufnehmer oder ein kombinierter Biege-Torsionsaufnehmer, integriert sein. An dem der Haltevorrichtung 20 gegenüberliegenden Endbereich ist die Kurbelwelle 21 an einer weiteren Haltevorrichtung 22 befestigt, die wiederum an einer Masse 23 oder Drehscheibe 24 befestigt ist. Die Massen 15, 17 und 23, das Federelement 19, die Haltevorrichtungen 20, 22 sowie der Prüfling 13, hier die Kurbelwelle 21, sind im Wesentlichen koaxial zu einer Längs- und Torsionsachse 25 orientiert und bilden eine Torsionsschwingerkette. Mit den Massen 15, 17 und 23 ist ein Dreimassen-Torsionsschwinger gebildet, in welchem die Federelemente durch das Federelement 19 sowie den Prüfling 13, ggf. mit ergänzender Elastizität der Haltevorrichtungen 20, 22, gebildet sind. Die Massen 15, 17 und 23 können unter Beaufschlagung der vorgenannten Federelemente relative oszillierende Drehbewegungen um die Längs- und Torsionsachse 25 ausführen. Zur Anregung derartiger Torsionsschwingungen wirkt zwischen den Massen 15, 17 der Aktuator 5, welcher für das dargestellte Ausführungsbeispiel aus Symmetriegründen mit zwei Teil-Aktuatoren 5a, 5b ausgebildet ist. Ohne dass die Teil-Aktuatoren 5a, 5b grundsätzlich die Relativbewegung der Massen 15, 17 behindern oder beeinflussen, kann mit einem geeigneten Steuersignal 3 einer Steuereinrichtung 2 über die Teil-Aktuatoren 5a, 5b ein Anregungs-Torsionsmoment MT = MT0sin(Ωt) zwischen den Massen 15, 17 erzeugt werden. Nach Abklingen transienter Vorgänge ergibt sich ein stabiler periodischer Schwingungszustand mit gleich- oder gegenläufiger Verdrehung der Massen 15, 17, 23 um die Längs- und Torsionsachse 25. Bei den Teil-Aktuatoren 5a, 5b handelt es sich insbesondere um elektrische Aktuatoren, welche beispielsweise mittels einer elektromagnetischen Kraft F und dem bezüglich der Längs- oder Torsionsachse 25 wirkenden Hebelarm das Torsionsmoment erzeugen. Die Teil-Aktuatoren 5a, 5b erzeugen jeweils Kräfte, welche in Umfangsrichtung um die Längs- und Torsionsachse 25 orientiert sind, also vertikal zu der Zeichenebene gemäß 3. Das Schwingungssystems 9 ist mit dem die Federsteifigkeit bereitstellenden Prüfling 13 sowie der Masse 23 gebildet. Im vorliegenden Fall erfolgt die Anregung dieses Schwingungssystems 9 über die durch den Aktuator 5a, 5b erzeugte Torsionsschwingung der Masse 17. Damit ist das Schwingungssystem 9 Bestandteil der Torsionsschwingerkette mit der Anregung durch den Aktuator 5a, 5b in einem außerhalb des Schwingungssystems 9 liegenden Teil der Torisonsschwingerkette. Somit erfolgt für diese Ausführungsform der Erfindung die Kopplung zwischen Aktuator 5a, 5b und dem Schwingungssystem 9 nur mittelbar, ohne dass hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. (In Abwandlung wäre es entsprechend möglich, dass der Aktuator 5a, 5b zwischen den Massen 17, 23 wirkt, so dass eine unmittelbare Kopplung zwischen Aktuator 5a, 5b und Schwingungssystem 9 gegeben ist.)On the spring element 19 opposite side of the mass 17 relies on this a holding device 20 for the examinee 13 , here a crankshaft 21 or an axial portion of the same, from. In the holding device 20 For example, a sensor, such as a force transducer or accelerometer, or a combined torsional flexure sensor can be integrated. At the holding device 20 opposite end portion is the crankshaft 21 at another holding device 22 attached, in turn, to a mass 23 or turntable 24 is attached. The crowds 15 . 17 and 23 , the spring element 19 , the holding devices 20 . 22 as well as the examinee 13 , here the crankshaft 21 , are substantially coaxial with a longitudinal and torsion axis 25 oriented and form a torsional swinging chain. With the masses 15 . 17 and 23 a three-mass torsional vibration is formed, in which the spring elements by the spring element 19 as well as the examinee 13 , optionally with additional elasticity of the holding devices 20 . 22 , are formed. The crowds 15 . 17 and 23 can under the action of the aforementioned spring elements relative oscillating rotational movements about the longitudinal and torsional axis 25 To run. To excite such torsional vibrations acts between the masses 15 . 17 the actuator 5 , which for the illustrated embodiment for reasons of symmetry with two partial actuators 5a . 5b is trained. Without the part actuators 5a . 5b basically the relative movement of the masses 15 . 17 obstruct or influence, can with a suitable control signal 3 a control device 2 via the partial actuators 5a . 5b an excitation torsional moment M T = M T0 sin (Ωt) between the masses 15 . 17 be generated. After transient processes have subsided, a stable periodic oscillation state results with equal or opposite rotation of the masses 15 . 17 . 23 around the longitudinal and torsion axis 25 , For the partial actuators 5a . 5b In particular, these are electrical actuators which, for example, by means of an electromagnetic force F and with respect to the longitudinal or torsional axis 25 acting lever arm to generate the torsional moment. The part actuators 5a . 5b generate forces, which in the circumferential direction about the longitudinal and torsional axis 25 are oriented, ie vertically to the plane according to 3 , The vibration system 9 is with the spring stiffness providing specimen 13 as well as the mass 23 educated. In the present case, the excitation of this vibration system takes place 9 over through the actuator 5a . 5b generated torsional vibration of the mass 17 , This is the vibration system 9 Component of the torsional vibration chain with the excitation by the actuator 5a . 5b in one outside the vibration system 9 lying part of the Torisons vibrating chain. Thus, for this embodiment of the invention, the coupling between actuator takes place 5a . 5b and the vibration system 9 only indirectly, without thereby departing from the scope of the present invention. (In a modification, it would be possible that the actuator 5a . 5b between the masses 17 . 23 acts, allowing an immediate coupling between actuator 5a . 5b and vibration system 9 given is.)

Das zweite Schwingungssystem 10 ist für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 gebildet mit dem in grober Vereinfachung doppel-T-förmigen Biege-Torsionsschwingungssystem 26, bei welchem der obere Querschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Masse 23 oder Drehscheibe 24, während der Vertikalschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Haltevorrichtung 20, dem Prüfling 13 und der Haltevorrichtung 22 und der untere Querschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Masse 17 oder Drehscheibe 18. Bei Ausstattung des Vertikalschenkels des Doppel-T mit einer Biege-Elastizität um eine Biegeachse, die vertikal zur Zeichenebene gemäß 3 orientiert ist, kann dieses Biege-Schwingungssystem 26 Biegeschwingungen ausführen, bei welchen die Querschenkel des Doppel-T ihre relative Neigung zueinander und die Neigung gegenüber der Horizontalen gemäß 3 verändern, so dass diese um die zuvor erläuterte Biegeachse schwingen. Es versteht sich, dass auch die Haltevorrichtungen 20, 22 ergänzend zu dem Prüfling 13 zur Biegesteifigkeit des Vertikalschenkels des T beitragen können. Eine Anregung des Biege-Schwingungssystems 26 zu fremderregten Biegeschwingungen erfolgt durch den Aktuator 6, hier aus Symmetriegründen zwei Teil-Aktuatoren 6a, 6b. Die Teil-Aktuatoren 6a, 6b sind mit einem Abstand 56 von der Längs- und Torsionsachse 25 auf gegenüberliegenden Seiten jeweils zwischen die Masse 23 oder Drehscheibe 24 und die Masse 17 bzw. Drehscheibe 18 zwischengeschaltet. Die Teil-Aktuatoren 6a, 6b erzeugen Kräfte, welche parallel zur Längs- und Torsionsachse 25 orientiert sind. Bei geeigneter Ansteuerung durch eine Steuereinheit 2 mit einem Steuersignal 4 erzeugen die Teil-Aktuatoren 6a, 6b Kräfte F(t) = F0 × sin(Ωt + φ). Demgemäß besitzt die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 6a, 6b dieselbe Frequenz wie die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 5a, 5b, wobei die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 5a, 5b sowie 6a, 6b mit einem Phasenversatz von φ erfolgt. Die Teil-Aktuatoren 6a, 6b sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese zwar die genannten Kräfte erzeugen, aber eine relative Verdrehung der Massen 17, 23 im Zuge der sich ausbildenden Torsionsschwingung nicht behindern oder beeinflussen. Vorzugsweise sind die Teil-Aktuatoren 6a, 6b als elektromagnetische Aktuatoren ausgebildet. Die Aktuatoren 5a, 5b sowie 6a, 6b werden simultan betrieben, so dass in dem Prüfling 13 Spannungen zur Überlagerung kommen, die einerseits durch die Aktuatoren 5a, 5b und die hierdurch hervorgerufenen Torsionsschwingungen und andererseits durch die Aktuatoren 6a, 6b und die hierdurch hervorgerufenen Biegeschwingungen verursacht sind.The second vibration system 10 is for the embodiment according to 2 and 3 formed with the roughly double-T-shaped bending torsional vibration system 26 in which the upper transverse leg of the double T is formed with the mass 23 or turntable 24 while the vertical leg of the double-T is formed with the holding device 20 , the examinee 13 and the holding device 22 and the lower transverse leg of the double-T is formed with the mass 17 or turntable 18 , When equipping the vertical leg of the double-T with a bending elasticity about a bending axis, which is vertical to the plane according to 3 This bending vibration system can be oriented 26 Perform bending oscillations, in which the transverse legs of the double-T their relative inclination to each other and the inclination relative to the horizontal in accordance with 3 change so that they swing around the previously described bending axis. It is understood that the holding devices 20 . 22 in addition to the examinee 13 contribute to the bending stiffness of the vertical leg of the T. An excitation of the bending vibration system 26 to externally excited bending vibrations carried by the actuator 6 , here for reasons of symmetry, two partial actuators 6a . 6b , The part actuators 6a . 6b are at a distance 56 from the longitudinal and torsion axis 25 on opposite sides each between the mass 23 or turntable 24 and the crowd 17 or turntable 18 interposed. The part actuators 6a . 6b generate forces which are parallel to the longitudinal and torsional axis 25 are oriented. With suitable control by a control unit 2 with a control signal 4 generate the part actuators 6a . 6b Forces F (t) = F 0 × sin (Ωt + φ). Accordingly, the excitation by the partial actuators 6a . 6b the same frequency as the excitation by the partial actuators 5a . 5b , where the excitation by the partial actuators 5a . 5b such as 6a . 6b with a phase offset of φ. The part actuators 6a . 6b are preferably designed such that they generate the said forces, but a relative rotation of the masses 17 . 23 in the course of do not hinder or influence the formation of torsional vibration. Preferably, the partial actuators 6a . 6b designed as electromagnetic actuators. The actuators 5a . 5b such as 6a . 6b are operated simultaneously, so that in the examinee 13 Strains come to overlap, on the one hand by the actuators 5a . 5b and the torsional vibrations caused thereby and, on the other hand, the actuators 6a . 6b and the bending vibrations caused thereby are caused.

Für die Ausbildung des Prüflings 13 als Kurbelwelle 21 entspricht die Drehachse der Kurbelwelle 21 im Betrieb im Einbauzustand in die Schwingungsprüfeinrichtung 1 der Längs- und Torsionsachse 25 bzw. dem Vertikalschenkel des Doppel-T. Ein Hubzapfen 27 der Kurbelwelle 21, welcher im Betrieb der Kurbelwelle 21 das Pleuel abstützt, ist seitlich versetzt zu der Längs- und Torsionsachse 25 angeordnet. Die Längsachse des Hubzapfens ist auf der Verbindungslinie der beiden Teil-Aktuatoren 6a, 6b angeordnet (vgl. 3). Diese Anordnung hat zur Folge, dass mit der Biegung des Vertikalschenkels des T des Biege-Schwingungssystems 26 auch Wangen 28, 29 der Kurbelwelle 21 auf Biegung beansprucht werden.For the training of the test object 13 as a crankshaft 21 corresponds to the axis of rotation of the crankshaft 21 in operation in the installed state in the Schwingungsprüfeinrichtung 1 the longitudinal and torsion axis 25 or the vertical leg of the double-T. A crankpin 27 the crankshaft 21 which is in operation of the crankshaft 21 the connecting rod is supported, is offset laterally to the longitudinal and torsional axis 25 arranged. The longitudinal axis of the crank pin is on the connecting line of the two part actuators 6a . 6b arranged (cf. 3 ). This arrangement results in that with the bending of the vertical leg of the T of the bending vibration system 26 also cheeks 28 . 29 the crankshaft 21 be claimed on bending.

Mittels des Torsions-Schwingungssystems 14 erfolgt eine Torsionsbelastung der Kurbelwelle 21, welche korreliert und hinsichtlich ihrer Amplitude angepasst wird an ein Antriebsmoment, welches im Betrieb von der Kurbelwelle an den weiteren Antriebsstrang übertragen werden muss. Hingegen wird mit dem Biege-Schwingungssystem 26 eine Biegebelastung der Kurbelwelle 21 simuliert, welche entsteht, wenn insbesondere im Umgebungsbereich eines Totpunkts des Hubzapfens 27 der Arbeitshub des Zylinders einsetzt mit maximaler oder großer Kraftausübung des Pleuels auf den Hubzapfen 27. Somit kann die erläuterte Anordnung der Längsachse des Hubzapfens 27 auf der Verbindungsgeraden der Teil-Aktuatoren 6a, 6b realitätsnah den Moment maximaler Biegebelastung der Kurbelwelle 21 simulieren. Durchaus denkbar ist aber, beispielsweise je nach Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine, in welcher die Kurbelwelle 21 einzusetzen ist, dass die Kurbelwelle 21 gegenüber der beschriebenen Lage mehr oder weniger verdreht ist.By means of the torsional vibration system 14 there is a torsional load on the crankshaft 21 which is correlated and adjusted in terms of its amplitude to a drive torque which must be transmitted during operation of the crankshaft to the other drive train. On the other hand, with the bending vibration system 26 a bending load of the crankshaft 21 simulated, which arises when in particular in the vicinity of a dead center of the crank pin 27 the working stroke of the cylinder begins with maximum or large force exertion of the connecting rod on the crank pin 27 , Thus, the illustrated arrangement of the longitudinal axis of the crank pin 27 on the connecting line of the part actuators 6a . 6b close to reality the moment of maximum bending load of the crankshaft 21 simulate. Quite conceivable, however, for example, depending on the ignition timing of the internal combustion engine, in which the crankshaft 21 to insert that is the crankshaft 21 is more or less twisted compared to the described situation.

Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Biege-Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems 26 konstruktiv fest vorgegeben und beträgt ω2. Hingegen ist die Torsions-Resonanzfrequenz ω1 des Torsions-Schwingungssystems 14 veränderbar, wozu eine Einstelleinrichtung 30 vorgesehen ist. Die Einstelleinrichtung 30 ist hiermit Zusatzmassen 31, 32 gebildet, deren Abstand 33 von der Längs- und Torsionsachse 25 veränderbar ist. Die Zusatzmassen 31, 32 sind von der Masse 23 oder Drehplatte 24 getragen, so dass sich je nach Abstand 33 ein unterschiedliches Massenträgheitsmoment der Drehscheibe 24 ergibt. Möglich ist, dass eine Veränderung des Abstands 33 über eine Art Spindelwelle 34 mit gegenläufigen Gewindebereichen erfolgt, welche die Zusatzmassen 31, 32 durchsetzen, so dass mit Verdrehung der Spindelwelle 34 die Massen in Richtung der Längsachse 25 bewegt werden können oder von dieser weg. Zusätzliche Rast- oder Verriegelungselemente oder Verschraubungen können in einer erreichten gewünschten Position dann die Zusatzmassen 31, 32 gegenüber der Drehscheibe 24 festsetzen oder befestigen. Die Zusatzmassen 31, 32 bzw. die mit diesen gebildete Einstelleinrichtung 30 ist bzw. sind vorzugsweise auf einer Achse angeordnet, welche durch die Längs- und Torsionsachse 25 verläuft und quer zu der Verbindungsachse der beiden Teil-Aktuatoren 6a, 6b orientiert ist, vgl. 3. Dies hat zur Folge, dass bei einer Veränderung des Abstands 33 lediglich eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems 14 erfolgt, nicht aber eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems 26 erfolgt, da die Zusatzmassen 31, 32 bei dieser Anordnung während der Biegeschwingungen keine oder nur unwesentliche Auslenkungen erfahren. Durch geeignete Anpassung des Abstands 33 der Zusatzmassen 31, 32 wird die Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems 14 derart eingestellt, dass diese der Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems entspricht. Es folgt dann eine Anregung sowohl der Teil-Aktuatoren 6a, 6b als auch der Teil-Aktuatoren 5a, 5b mit einer Erregerfrequenz Ω, welche der Resonanzfrequenz sowohl des Biege-Schwingungssystems 26 als auch des Torsions-Schwingungssystems 14 (ungefähr oder exakt) entspricht.For the illustrated embodiment, the bending resonance frequency of the bending vibration system 26 structurally fixed and is ω 2 . On the other hand, the torsional resonance frequency is ω 1 of the torsional vibration system 14 changeable, including an adjustment 30 is provided. The adjustment device 30 is hereby additional masses 31 . 32 formed, whose distance 33 from the longitudinal and torsion axis 25 is changeable. The additional masses 31 . 32 are from the crowd 23 or rotary plate 24 worn, so depending on the distance 33 a different mass moment of inertia of the turntable 24 results. It is possible that a change in the distance 33 about a kind of spindle shaft 34 done with opposing threaded areas, which the additional masses 31 . 32 prevail, so that with rotation of the spindle shaft 34 the masses in the direction of the longitudinal axis 25 can be moved or away from it. Additional locking or locking elements or glands can in a desired position reached then the additional masses 31 . 32 opposite the turntable 24 fix or fasten. The additional masses 31 . 32 or the adjusting device formed with these 30 is or are preferably arranged on an axis, which through the longitudinal and torsional axis 25 runs and transversely to the connection axis of the two part actuators 6a . 6b is oriented, cf. 3 , As a result, if the distance changes 33 only a change in the resonant frequency of the torsional vibration system 14 takes place, but not a change in the resonant frequency of the bending vibration system 26 takes place because the additional masses 31 . 32 undergo no or only insignificant deflections in this arrangement during the bending oscillations. By suitable adaptation of the distance 33 the additional masses 31 . 32 becomes the resonance frequency of the torsional vibration system 14 set to correspond to the resonance frequency of the bending vibration system. This is followed by an excitation of both the partial actuators 6a . 6b as well as the part actuators 5a . 5b with an excitation frequency Ω, which is the resonant frequency of both the bending vibration system 26 as well as the torsional vibration system 14 (approximately or exactly).

Für die dargestellte Ausführungsform besitzt das Torsionsschwingerkette mehrere Resonanzfrequenzen. Bei der erfindungsgemäß genutzten Resonanzfrequenz handelt es sich um die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungssystems 9, für welche die Massen 17, 23 gegenläufig zueinander verdreht werden.For the illustrated embodiment, the torsional vibration chain has a plurality of resonance frequencies. The resonance frequency used in accordance with the invention is the resonance frequency of the first vibration system 9 for which the masses 17 . 23 be rotated in opposite directions.

Die Masse 17 kann als eine Art federnd gelagerter Tisch oder eine Abstützung für den Prüfling 13 angesehen werden, wie diese(r) grundsätzlich gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird. Allerdings erfolgt erfindungsgemäß die Belastung des Prüflings 13 nicht infolge gezielte Vibrationsanregung der Masse 17 mit Vibration des Prüflings und Belastung des Prüflings durch dessen Trägheitskräfte infolge der Vibration, sondern nur oder auch durch die Anregung der Schwingungssysteme 9, 10, die mit dem Prüfling 13 und der Masse 23 gebildet sind.The crowd 17 can be used as a kind of spring-mounted table or a support for the test object 13 be regarded how this (r) is used in principle according to the prior art. However, according to the invention, the load of the specimen takes place 13 not as a result of targeted vibration stimulation of the mass 17 with vibration of the specimen and load of the specimen by its inertial forces due to the vibration, but only or by the excitation of the vibration systems 9 . 10 that with the examinee 13 and the crowd 23 are formed.

4 zeigt beispielhaft Steuersignale 3, 4, Kraftsignale 7, 8 oder Belastungssignale 11, 12, welche eine Phasenverschiebung φ besitzen. 4 shows exemplary control signals 3 . 4 , Force signals 7 . 8th or load signals 11 . 12 which have a phase shift φ.

5 zeigt einen Teilausschnitt aus der Übertragungsfunktion 35 des Schwingungssystems 9 sowie einer Übertragungsfunktion 36 des Schwingungssystems 10. Gewählt ist ein Ausschnitt im Umgebungsbereich der erfindungsgemäß genutzten Resonanzüberhöhung. Dargestellt sind hierbei mittels der Übertragungsfunktionen 35, 36 die Systemantworten der Schwingungssysteme 9, 10 auf die Schwingungsanregung durch die Aktuatoren 5, 6 bei gleicher Erregeramplitude in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz 37. Die Resonanzfrequenzen Ω1, Ω2 (s. Bezugszeichen 54, 55) der Schwingungssysteme 9, 10 sind im Idealfall derart angepasst, dass diese übereinstimmen. 5 shows a partial section from the transfer function 35 of the vibration system 9 as well as a transfer function 36 of the vibration system 10 , Selected is a section in the surrounding area of the resonant peak used according to the invention. Shown here are by means of the transfer functions 35 . 36 the system answers of the vibration systems 9 . 10 on the vibration excitation by the actuators 5 . 6 at the same exciter amplitude as a function of the exciter frequency 37 , The resonance frequencies Ω 1 , Ω 2 (see reference numeral 54 . 55 ) of the vibration systems 9 . 10 are ideally adjusted to match.

6 zeigt die Abhängigkeit eines zeitveränderlichen Steuersignals 3 von dem zeitveränderlichen Steuersignal 4. Entsprechend kann das Kraftsignal 7 in Abhängigkeit des Kraftsignals 8 dargestellt werden oder die erste Belastung 11 durch das erste Resonanzprüfsystem von der zweiten Belastung 12 durch das zweite Resonanzprüfsystem dargestellt werden. In der sich ergebenden Ellipse gibt der Winkel zwischen einer Halbachse und der Abszisse die Phasenverschiebung φ an, während das Verhältnis der Länge der Halbachsen das Verhältnis der Amplituden der Steuersignale 3, 4, der Kraftsignale 7, 8, der Schwingungsantworten der Schwingungssysteme 9, 10 oder der Belastungen 11, 12 beschreibt. Je nach Wahl der Erregerkraftamplituden können sich die unterschiedlichen, in 6 dargestellten gestrichelten oder durchgezogenen Phasenkurven ergeben. 6 shows the dependence of a time-varying control signal 3 from the time-varying control signal 4 , Accordingly, the force signal 7 depending on the force signal 8th be presented or the first load 11 through the first resonance test system from the second load 12 represented by the second Resonanzprüfsystem. In the resulting ellipse, the angle between a semiaxis and the abscissa indicates the phase shift φ, while the ratio of the length of the semiaxes indicates the ratio of the amplitudes of the control signals 3 . 4 , the force signals 7 . 8th , the vibration responses of the vibration systems 9 . 10 or the burdens 11 . 12 describes. Depending on the choice of exciter force amplitudes, the different, in 6 shown dashed or solid phase curves.

7 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung. Hier ist ein Prüfling 13 in Form einer Kurbelwelle 21 in einem, ebenfalls schematisch dargestellten Kurbelwellengehäuse 28 gelagert, wobei mit der Schwingungsprüfeinrichtung eine Prüfung vorzugsweise des Kurbelwellengehäuses 38 und der Abstützung der Kurbelwelle 21 über die zugeordneten Lager in diesem erfolgt. Möglich ist auch, dass eine Lagerbrücke der Kurbelwelle den Prüfling 13 bildet. Für die dargestellte Ausführungsform stützen sich an der Kurbelwelle 21, vorzugsweise an unterschiedlichen Hubzapfen, die vertikal zur Zeichenebene gemäß 7 versetzt sind, Pleuel 39, 40 ab, welche unter einem Winkel zueinander orientiert sind, welcher dem Winkel der Pleuel im Einbauzustand der Kurbelwelle in einen V-Motor entspricht. In den der Kurbelwelle 13 abgewandten Endbereichen sind die Pleuel 39, 40 über ein gegenüber der Umgebung abgestütztes Federelement 41, 42 vorgespannt, wobei die Vorspannung über Vorspanneinrichtungen 43, 44 veränderbar ist, welche die Verschiebung eines Federfußpunkts ermöglichen. Weiterhin ist mit den Pleuel 39, 40 jeweils ein Schwingungssystem 9, 10 gekoppelt, welche als translatorische Schwingungssysteme 45, 46 ausgebildet sind. Die Schwingungssysteme 45, 46 sind jeweils mit einem Federelement sowie einer über das Federelement an die Pleuel 39, 40 angekoppelten Masse gebildet, wobei die Masse in Richtung einer Schwingungsachse 47, 48 gleitend geführt ist. Der Winkel der Schwingungsachsen 47, 48 entspricht hierbei dem Winkel α der Pleuel 39, 40, also dem Winkel der Pleuel in dem V-Motor, welcher in 7 mit dem Bezugszeichen 49 gekennzeichnet ist. Vorzugsweise ist der Winkel 49 veränderbar. Möglich ist hierbei, dass ein Pleuel 39 mit zugeordnetem Schwingungssystem 46 nicht in Umfangsrichtung um die Kurbelwelle 21 verschiebbar angeordnet ist, während das andere Pleuel 40 mit zugeordnetem Schwingungssystem 46 in Umfangsrichtung bewegbar und einstellbar sowie verrastbar oder befestigbar ausgebildet ist. Ebenfalls möglich ist, dass beide Pleuel 39, 40 mit zugeordneten Schwingungssystemen 45, 46 in Umfangsrichtung bewegbar und verstellbar in die Schwingungsprüfeinrichtung 1 integriert sind. Der Antrieb der Schwingungssysteme 45, 46 erfolgt in in 7 nicht dargestellter Weise über den Schwingungssystemen 45, 46 jeweils zugeordnete Aktuatoren 5, 6 mit Ansteuerung über Steuersignale 3, 4, welche einer Steuereinrichtung 2 entstammen, wobei für die Amplituden, Erregerfrequenzen sowie die Phasenverschiebung das zuvor Gesagte gilt. Die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme 45, 46 sind einstellbar, was genutzt werden kann, um die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme 45, 46 in Übereinstimmung zu bringen. Mittels der Schwingungssysteme 45, 46 wird eine periodisch oszillierende Längskraft mit gleicher Frequenz und einer vorgegebenen Phasenverschiebung auf die Pleuel 39, 40 aufgebracht, wobei die Längskraft in Richtung der Längsachsen der Pleuel 39, 40 orientiert ist und über die Pleuel 39, 40 auf die Kurbelwelle 21 als erste und zweite Belastung 11, 12 übertragen werden. Eine Dimensionierung der Vorspannung der Federelemente 41, 42 über die Vorspanneinrichtungen 43, 44 einerseits und der Erregerkraftamplitude der Schwingungssysteme 45, 46 kann beliebig erfolgen, so dass beispielsweise eine Schwingung um einen Mittelwert derart erfolgt, dass in dem Pleuel 39 immer eine Druckkraft wirkt, also die Vorspannung größer ist als die Amplitude der durch die Schwingung erzeugten Kraft. Ebenfalls möglich ist, dass sich während der Schwingung das Vorzeichen der Längskraft in den Pleuel 39, 40 umkehrt, wofür die Amplitude der durch die Schwingung erzeugten Kraft größer ist als die Vorspannung. 7 schematically shows another embodiment of a vibration tester according to the invention. Here is a candidate 13 in the form of a crankshaft 21 in a, also schematically illustrated crankcase 28 stored, with the Schwingungsprüfeinrichtung a test, preferably the crankshaft housing 38 and the support of the crankshaft 21 via the assigned bearings in this takes place. It is also possible that a bearing bridge of the crankshaft the test specimen 13 forms. For the illustrated embodiment are based on the crankshaft 21 , preferably at different crank pins, which are vertical to the plane according to 7 are offset, connecting rods 39 . 40 from which are oriented at an angle to each other, which corresponds to the angle of the connecting rod in the installed state of the crankshaft in a V-engine. In the crankshaft 13 remote end areas are the connecting rods 39 . 40 via a relative to the environment supported spring element 41 . 42 biased, wherein the bias voltage via biasing means 43 . 44 is changeable, which allow the displacement of a spring base. Furthermore, with the connecting rods 39 . 40 each a vibration system 9 . 10 coupled, which as translational vibration systems 45 . 46 are formed. The vibration systems 45 . 46 are each with a spring element and a via the spring element to the connecting rod 39 . 40 coupled mass formed, the mass in the direction of a vibration axis 47 . 48 is guided in a sliding manner. The angle of the oscillation axes 47 . 48 corresponds to the angle α of the connecting rod 39 . 40 , ie the angle of the connecting rod in the V-engine, which in 7 with the reference number 49 is marked. Preferably, the angle 49 variable. It is possible that a connecting rod 39 with associated vibration system 46 not in the circumferential direction around the crankshaft 21 slidably disposed while the other connecting rod 40 with associated vibration system 46 is designed to be movable in the circumferential direction and adjustable and lockable or fastened. It is also possible that both connecting rods 39 . 40 with associated vibration systems 45 . 46 movable in the circumferential direction and adjustable in the Schwingungsprüfeinrichtung 1 are integrated. The drive of the vibration systems 45 . 46 takes place in 7 not shown way above the vibration systems 45 . 46 each associated actuators 5 . 6 with control via control signals 3 . 4 which a control device 2 come from, for the amplitudes, excitation frequencies and the phase shift, the above applies. The resonance frequencies of the vibration systems 45 . 46 are adjustable, which can be used to control the resonant frequencies of the vibration systems 45 . 46 to bring into line. By means of vibration systems 45 . 46 is a periodically oscillating longitudinal force with the same frequency and a given phase shift on the connecting rod 39 . 40 applied, wherein the longitudinal force in the direction of the longitudinal axes of the connecting rod 39 . 40 is oriented and over the connecting rods 39 . 40 on the crankshaft 21 as first and second load 11 . 12 be transmitted. A dimensioning of the bias of the spring elements 41 . 42 over the pretensioners 43 . 44 on the one hand and the exciter force amplitude of the vibration systems 45 . 46 can be arbitrary, so that, for example, a vibration around an average value is such that in the connecting rod 39 always a compressive force acts, so the bias voltage is greater than the amplitude of the force generated by the vibration. It is also possible that during the oscillation, the sign of the longitudinal force in the connecting rod 39 . 40 reverses, for which the amplitude of the force generated by the vibration is greater than the bias voltage.

Im einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechen die Erregerfrequenzen Ω der Aktuatoren 5, 6 den übereinstimmenden Resonanzfrequenzen ω der Schwingungssysteme 9, 10. Von den erfindungsgemäßen Vorteilen kann grundsätzlich auch Gebrauch gemacht werden, wenn die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme 9, 10 nicht exakt übereinstimmen und/oder die Erregerfrequenz geringfügig abweicht von der Resonanzfrequenz mindestens eines Schwingungssystems 9, 10. Entscheidend ist, dass eine Resonanzüberhöhung der Übertragungsfunktionen der Schwingungssysteme 9, 10 in hinreichendem Ausmaß ausgenutzt wird, um mit kleiner Anregungsenergie verhältnismäßig große Amplituden der Schwingungen der Schwingungssysteme 9, 10 herbeizuführen. Dieser Sachverhalt ist in 8 exemplarisch dargestellt, in welcher die Übertragungsfunktionen 50, 51 der Schwingungssysteme 9, 10 dargestellt sind, wobei die Resonanzfrequenzen 54, 55 der Übertragungsfunktionen 50, 51 geringfügig zueinander versetzt sind, wobei aber dennoch die Übertragungsfunktionen hinreichend überlappende Resonanzüberhöhungen besitzen. Die in 8 gestrichelt dargestellte Linie zeigt ein Resonanzüberhöhungsniveau 52 an, im Bereich dessen oder oberhalb dessen die Schwingungssysteme 9, 10 betrieben werden sollen. Die Schnittpunkte des gestrichelt dargestellten Resonanzüberhöhungsniveaus 52 mit den Übertragungsfunktionen 50, 51 geben einen Anregungsfrequenzbereich 53 vor, für welchen bei Wahl einer Anregungsfrequenz in diesem Anregungsfrequenzbereich 53 die Resonanzüberhöhung zumindest dem Resonanzüberhöhungsniveau 52 entspricht oder größer als dieses ist. Vorzugsweise weichen die Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme 9, 10 maximal um 10%, beispielsweise maximal um 5% und vorzugsweise um maximal 2% voneinander ab, wobei die gewählte Anregungsfrequenz für die beiden Schwingungssysteme 9, 10 ebenfalls um die vorgenannten Prozentbereiche maximal von zumindest einer der Resonanzfrequenzen der Schwingungssysteme 9, 10 abweicht.In an embodiment of the invention, the excitation frequencies Ω of the actuators correspond 5 . 6 the matching resonant frequencies ω of the vibration systems 9 . 10 , Of the advantages of the invention can in principle also Be made use of when the resonance frequencies of the vibration systems 9 . 10 do not exactly match and / or the excitation frequency slightly different from the resonant frequency of at least one vibration system 9 . 10 , It is crucial that a resonant increase of the transfer functions of the vibration systems 9 . 10 is exploited to a sufficient extent, with small excitation energy relatively large amplitudes of the oscillations of the vibration systems 9 . 10 bring about. This situation is in 8th exemplified, in which the transfer functions 50 . 51 the vibration systems 9 . 10 are shown, wherein the resonance frequencies 54 . 55 the transfer functions 50 . 51 are slightly offset from each other, but still have the transfer functions sufficiently overlapping resonance peaks. In the 8th Dashed line shows a Resonanzüberhöhungsniveau 52 in, in the area of or above which the vibration systems 9 . 10 to be operated. The intersections of the dashed resonance peak 52 with the transfer functions 50 . 51 give an excitation frequency range 53 for, when choosing an excitation frequency in this excitation frequency range 53 the resonance peak at least the resonance peak level 52 is equal to or greater than this. Preferably, the resonant frequencies of the vibration systems are different 9 . 10 by a maximum of 10%, for example a maximum of 5% and preferably a maximum of 2% from each other, the selected excitation frequency for the two vibration systems 9 . 10 likewise by the abovementioned percentage ranges of at most one of the resonance frequencies of the vibration systems 9 . 10 differs.

In abgewandelter Ausgestaltung können die Schwingungssysteme 9, 10 mit unterschiedlichen Erregerfrequenzen betrieben werden, die aber jeweils ungefähr den Resonanzfrequenzen 54, 55 entsprechen. In diesem Fall können auch die Resonanzfrequenzen 54, 55 stärker oder deutlicher voneinander abweichen als dies in 8 der Fall ist, wobei die Resonanzüberhöhungen auch keine Überlappungen besitzen können.In a modified embodiment, the vibration systems 9 . 10 be operated with different excitation frequencies, but each about the resonance frequencies 54 . 55 correspond. In this case, too, the resonance frequencies 54 . 55 stronger or clearer than this 8th the case is that the resonance peaks can not have overlaps either.

Erfindungsgemäß erfolgt vorzugsweise eine Vorgabe mindestens einer Erregerfrequenz, ohne dass eine Regelung der Erregeramplitude zwingend erforderlich ist. Allerdings ist durchaus möglich, dass die Systemantwort der Schwingungssysteme 9, 10 überwacht wird und zur Vermeidung von Beschädigungen oder zu großen Schwingungsamplituden eine Regelung der Erregerkraftamplitude erfolgt. Zu diesem Zweck können Wegsensoren oder Kraftsensoren in die Schwingungssysteme 9, 10 integriert sein. In dem Schwingungssystem 1 gemäß 2 und 3 ist vorzugsweise die Masse bzw. das Massenträgheitsmoment der Massen 15, 17 größer als das der Masse 23. Die Aktuatoren 6a, 6b werden gegenläufig mit einer Phasenverschiebung von 180° angesteuert. Hingegen werden die Aktuatoren 5a, 5b gleichläufig beaufschlagt.According to the invention, a specification of at least one excitation frequency is preferably carried out without it being absolutely necessary to regulate the exciter amplitude. However, it is quite possible that the system response of the vibration systems 9 . 10 is monitored and carried out to avoid damage or excessive vibration amplitudes, a regulation of the exciter force amplitude. For this purpose, displacement sensors or force sensors in the vibration systems 9 . 10 be integrated. In the vibration system 1 according to 2 and 3 is preferably the mass or mass moment of inertia of the masses 15 . 17 bigger than that of the crowd 23 , The actuators 6a . 6b are driven in opposite directions with a phase shift of 180 °. On the other hand, the actuators 5a . 5b applied in the same direction.

Die Erfindung ist weder eingeschränkt auf die Prüfung von Kurbelwellen – vielmehr kann eine Prüfung beliebiger Prüflinge in Form von Bauteilen oder Werkstoffproben mittels der erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung 1 erfolgen. Ebenfalls ist die Erfindung nicht eingeschränkt auf die Ausbildung der Schwingungsprüfeinrichtung 1 mit den Schwingungssystemen 9, 10 als Biege-Schwingungssystem sowie Torsions-Schwingungssystem oder mit zwei translatorischen Schwingungssystemen – vielmehr können beliebige in Resonanz betriebene Schwingungssysteme im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.The invention is not limited to the testing of crankshafts - rather, a test of any test specimens in the form of components or material samples by means of Schwingungsprüfeinrichtung invention 1 respectively. Also, the invention is not limited to the construction of the vibration tester 1 with the vibration systems 9 . 10 as a bending vibration system and torsional vibration system or with two translational vibration systems - rather, any resonant vibration systems can be used in the invention.

Für die Ausführungsform gemäß 7 beträgt beispielsweise die über die Federelemente 41, 42 erzeugte statische Vorlast 10 kN, während mittels der Schwingungssysteme 45, 46 eine oszillierende Last mit einer Amplitude von 20 kN erzeugt wird. Möglich ist, dass über die Schwingungsprüfeinrichtung 1 gemäß 7 eine Trennungsebene des Gehäuses und einer vertikalen Gehäusewandung, an welcher sich Lager der Kurbelwelle abstützen, die Verschraubungen zwischen der unteren und oberen Gehäuseplatte, eine Lagerbrücke oder eine so genannten Bedplate untersucht wird. Für den Fall, dass die Aktuatoren 5, 6 als elektromagnetische Anregungssysteme ausgebildet sind, kann eine feinfühlige Einstellung der Erregerfrequenz und Anpassung derselben an die Resonanzfrequenzen in den Schwingungssystemen 9, 10 erfolgen. Weiterhin kann eine besonders einfache parallele Regelung oder Steuerung der Ansteuerung der beiden Aktuatoren 5, 6 erfolgen. Insbesondere gegenüber hydraulisch pulsierenden Aktuatoren hat die Ausbildung der Aktuatoren 5, 6 als elektromagnetische Anregungssysteme den Vorteil, dass eine Obergrenze für die Erregerfrequenz, wie diese für eine hydraulische Anregung beispielsweise mit 60 Hz existiert, auch ohne großen Zusatzaufwand nicht existiert oder zu größeren Frequenzen verschoben werden kann. Selbst wenn für den Betrieb eines hydraulischen Aktuators auch höhere Frequenzen realisiert werden, steigt proportional zu der Frequenz die einzubringende Energie. Dies kann mittels eines elektromagnetischen Anregungssystems vereinfacht gewährleistet werden.For the embodiment according to 7 is for example the over the spring elements 41 . 42 generated static preload 10 kN while using the vibration systems 45 . 46 an oscillating load with an amplitude of 20 kN is generated. It is possible that about the vibration tester 1 according to 7 a separation plane of the housing and a vertical housing wall, on which are supported bearings of the crankshaft, the screw joints between the lower and upper housing plate, a bearing bridge or a so-called Bedplate is examined. In the event that the actuators 5 . 6 are designed as electromagnetic excitation systems, can be a sensitive adjustment of the exciter frequency and adaptation of the same to the resonant frequencies in the vibration systems 9 . 10 respectively. Furthermore, a particularly simple parallel control or control of the control of the two actuators 5 . 6 respectively. In particular with respect to hydraulically pulsating actuators, the formation of the actuators 5 . 6 As electromagnetic excitation systems the advantage that an upper limit for the excitation frequency, as this exists for a hydraulic excitation, for example, 60 Hz, even without much additional effort does not exist or can be moved to higher frequencies. Even if higher frequencies are realized for the operation of a hydraulic actuator, the energy to be introduced increases in proportion to the frequency. This can be ensured simplified by means of an electromagnetic excitation system.

Es kann, insbesondere für eine Auslegung gemäß 8 mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, dazu kommen, dass sich ein Schwingungszustand ausbildet mit Belastungen, die eine andere Phasenverschiebung besitzen als die vorgegebene Phasenverschiebung der Erregerkräfte der Aktuatoren. In diesem Fall ist ein Fachmann für Schwingungstechnik unter Berücksichtigung der Phasengänge der beiden Schwingungssysteme in der Lage, die Phasenverschiebung der Erregersignale so zu verändern, dass sich eine gewünschte Phasenverschiebung der in dem Prüfling zur Überlagerung kommenden Belastungen während der Prüfung ergibt.It may, in particular for a design according to 8th with different resonance frequencies, in addition, a vibration state is formed with loads that have a different phase shift than the one predetermined phase shift of the excitation forces of the actuators. In this case, taking into account the phase responses of the two oscillation systems, a person skilled in the art of vibration control is able to change the phase shift of the exciter signals in such a way that a desired phase shift of the loads occurring in the test specimen during the test results.

In der Beschreibung ist lediglich eine Belastung des Prüfling 13 über zwei Resonanzprüfaktuatoren beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch mehr als zwei Resonanzprüfaktuatoren Einsatz finden zur Überlagerung von mehr als zwei Belastungen.In the description is only a burden of the examinee 13 described over two Resonanzprüfaktuatoren. In the context of the present invention, more than two Resonanzprüfaktuatoren find use for the superposition of more than two loads.

Möglich ist, dass der Prüfling 13 mit mindestens einer beliebigen Vorlast belastet ist, der dann die erste und zweite Belastung 11, 12 überlagert wird.It is possible that the examinee 13 is loaded with at least one arbitrary preload, then the first and second load 11 . 12 is superimposed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
SchwingungsprüfeinrichtungSchwingungsprüfeinrichtung
22
Steuereinrichtungcontrol device
33
Steuersignalcontrol signal
44
Steuersignalcontrol signal
55
Aktuatoractuator
66
Aktuatoractuator
77
Kraftsignalforce signal
88th
Kraftsignalforce signal
99
Schwingungssystemvibration system
1010
Schwingungssystemvibration system
1111
erste Belastungfirst load
1212
zweite Belastungsecond load
1313
Prüflingexaminee
1414
Torsions-SchwingungssystemTorsional vibration system
1515
MasseDimensions
1616
Federelementspring element
1717
MasseDimensions
1818
Drehscheibeturntable
1919
Federelementspring element
2020
Haltevorrichtungholder
2121
Kurbelwellecrankshaft
2222
Haltevorrichtungholder
2323
MasseDimensions
2424
Drehscheibeturntable
2525
Längs- und TorsionsachseLongitudinal and torsion axis
2626
Biege-SchwingungssystemBending vibration system
2727
Hubzapfencrank pins
2828
Wangecheek
2929
Wangecheek
3030
Einstelleinrichtungadjustment
3131
Zusatzmasseadditional mass
3232
Zusatzmasseadditional mass
3333
Abstanddistance
3434
Spindelwellespindle shaft
3535
Übertragungsfunktiontransfer function
3636
Übertragungsfunktiontransfer function
3737
Erregerfrequenzexcitation frequency
3838
Kurbelwellengehäusecrankcase
3939
Pleuelpleuel
4040
Pleuelpleuel
4141
Federelementspring element
4242
Federelementspring element
4343
Vorspanneinrichtungbiasing means
4444
Vorspanneinrichtungbiasing means
4545
translatorisches Schwingungssystemtranslatory vibration system
4646
translatorisches Schwingungssystemtranslatory vibration system
4747
Schwingungsachseaxis of oscillation
4848
Schwingungsachseaxis of oscillation
4949
Winkelangle
5050
Übertragungsfunktiontransfer function
5151
Übertragungsfunktiontransfer function
5252
ResonanzüberhöhungsniveauResonant peak level
5353
AnregungsfrequenzbereichExcitation frequency range
5454
Resonanzfrequenzresonant frequency
5555
Resonanzfrequenzresonant frequency
5656
Abstanddistance
5757
Federelementspring element
5858
UmgebungSurroundings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ”Beherrschung und Ausnutzung von Schwingungen als Konstruktionsaufgabe” in der VDI-Zeitschrift, Jahrgang 100 (1959), Nr. 25, S. 1230, Bild 20 [0005] "Control and exploitation of vibrations as a construction task" in the VDI-Zeitschrift, year 100 (1959), no. 25, p. 1230, picture 20 [0005]

Claims (11)

Schwingungsprüfeinrichtung (1) für die mechanische Beaufschlagung eines Prüflings (13) mit einer ersten periodisch oszillierenden Belastung (11) und einer zweiten periodisch oszillierenden Belastung (12), welche der ersten Belastung (11) überlagert ist und eine andere Wirkung besitzt als die erste Belastung (12), mit a) einem ersten Resonanzprüfaktuator, der mit einem ersten Schwingungssystem (9) und einem zur Schwingungsanregung mit dem ersten Schwingungssystem (9) gekoppelten, vorzugsweise elektrischen ersten Aktuator (5) gebildet ist, wobei aa) das erste Schwingungssystem (9) eine erste Resonanzfrequenz (ω1) besitzt, ab) das erste Schwingungssystem (9) über den ersten Aktuator (5) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω1) ungefähr bei der ersten Resonanzfrequenz (ω1) angeregt wird, wodurch die erste periodisch oszillierende Belastung (11) erzeugt wird, b) einem zweiten Resonanzprüfaktuator, der mit einem zweiten Schwingungssystem (10) und einem zur Schwingungsanregung mit dem zweiten Schwingungssystem (10) gekoppelten, vorzugsweise elektrischen zweiten Aktuator (5) gebildet ist, wobei ba) das zweite Schwingungssystem (10) eine zweite Resonanzfrequenz (ω2) besitzt, bb) das zweite Schwingungssystem (10) über den zweiten Aktuator (6) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω2) ungefähr bei der zweiten Resonanzfrequenz (ω2) angeregt wird, wodurch die zweite periodisch oszillierende Belastung (12) erzeugt wird, wobei c) das erste Schwingungssystem (9) und das zweite Schwingungssystem (10) gegenüber der Abstützung des Prüfling (13) gegenüber der Umgebung (58) schwingen und d) eine Steuereinrichtung (2) vorgesehen ist, über welche der erste Aktuator (5) und der zweite Aktuator (6) angesteuert werden.Vibration tester ( 1 ) for the mechanical loading of a test object ( 13 ) with a first periodically oscillating load ( 11 ) and a second periodically oscillating load ( 12 ), which of the first load ( 11 ) is superimposed and has a different effect than the first load ( 12 ), with a) a first Resonanzprüfaktuator with a first vibration system ( 9 ) and one for vibrational excitation with the first vibration system ( 9 ) coupled, preferably electrical first actuator ( 5 ), wherein aa) the first oscillation system ( 9 ) has a first resonance frequency (ω 1 ), ab) the first vibration system ( 9 ) via the first actuator ( 5 ) is excited into oscillations with an excitation frequency (Ω 1 ) approximately at the first resonance frequency (ω 1 ), whereby the first periodically oscillating load ( 11 b) a second Resonanzprüfaktuator with a second vibration system ( 10 ) and one for vibrational excitation with the second vibration system ( 10 ) coupled, preferably electrical second actuator ( 5 ), where ba) the second oscillation system ( 10 ) has a second resonance frequency (ω 2 ), bb) the second vibration system ( 10 ) via the second actuator ( 6 ) is excited to oscillate at an excitation frequency (Ω 2 ) approximately at the second resonant frequency (ω 2 ), whereby the second periodically oscillating stress (ω 2 ) 12 ), where c) the first oscillation system ( 9 ) and the second vibration system ( 10 ) against the support of the test piece ( 13 ) to the environment ( 58 ) and d) a control device ( 2 ) is provided, via which the first actuator ( 5 ) and the second actuator ( 6 ). Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (ω1) des ersten Schwingungssystems (9) und die Resonanzfrequenz (ω2) des zweiten Schwingungssystems (10) ungefähr übereinstimmen und die Steuereinrichtung (2) geeignet ausgebildet ist, so dass der erste Aktuator (5) und der zweite Aktuator (6) a) mit gleichen Erregerfrequenzen (Ω = Ω1 = Ω2), welche der ersten und zweiten Resonanzfrequenz (ω1, ω2) entsprechen, und b) mit zueinander korrelierter Phasenlage (φ) ansteuerbar sind.Vibration tester ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the resonance frequency (ω 1 ) of the first oscillation system ( 9 ) and the resonance frequency (ω 2 ) of the second vibration system ( 10 ) and the control device ( 2 ) is designed so that the first actuator ( 5 ) and the second actuator ( 6 ) a) with the same excitation frequencies (Ω = Ω 1 = Ω 2 ), which correspond to the first and second resonance frequency (ω 1 , ω 2 ), and b) with mutually correlated phase position (φ) are controllable. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss in dem ersten Schwingungssystem (9; 14) und/oder dem zweiten Schwingungssystem (10; 26) über den Prüfling (13) verläuft, so dass die Steifigkeit des ersten Schwingungssystems (9; 14) und/oder des zweiten Schwingungssystems (10; 26) von dem Prüfling (13) abhängig ist.Vibration tester ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the force flow in the first oscillation system ( 9 ; 14 ) and / or the second vibration system ( 10 ; 26 ) over the test object ( 13 ), so that the rigidity of the first oscillation system ( 9 ; 14 ) and / or the second vibration system ( 10 ; 26 ) of the examinee ( 13 ) is dependent. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einstelleinrichtung (30) für die erste Resonanzfrequenz (ω1) des ersten Schwingungssystems (9; 14) und/oder für die zweite Resonanzfrequenz (ω2) des zweiten Schwingungssystems (10; 26) vorgesehen ist.Vibration tester ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one adjusting device ( 30 ) for the first resonant frequency (ω 1 ) of the first oscillatory system ( 9 ; 14 ) and / or for the second resonant frequency (ω 2 ) of the second oscillation system ( 10 ; 26 ) is provided. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einstelleinrichtung (30) eine schwingende Masse oder ein Massenträgheitsmoment eines Schwingungssystems (9; 10) veränderbar ist.Vibration tester ( 1 ) according to claim 4, characterized in that by means of the adjusting device ( 30 ) an oscillating mass or moment of inertia of a vibration system ( 9 ; 10 ) is changeable. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die Einstelleinrichtung (30) eine Steifigkeit eines Schwingungssystems (9; 10) veränderbar ist.Vibration tester ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that via the adjusting device ( 30 ) a rigidity of a vibration system ( 9 ; 10 ) is changeable. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Schwingungssystem (9) ein Torsions-Schwingungssystem (14) ist und b) das zweite Schwingungssystem (10) ein Biege-Schwingungssystem (26) ist.Vibration tester ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) the first oscillation system ( 9 ) a torsional vibration system ( 14 ) and b) the second vibration system ( 10 ) a bending vibration system ( 26 ). Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Torsions-Schwingungssystem (14) mit zwei Rotationsschwingungen ausführenden Massen (17; 23) gebildet ist, welche über den auf Torsion beanspruchten Prüfling (13) miteinander gekoppelt sind, und b) zur Bildung des Biege-Schwingungssystems (28) zwischen den beiden Rotationsschwingungen ausführenden Massen (17; 23) abseits der Längsachse (25) des Prüflings (13) ein Aktuator (6) wirkt, welcher eine Kraft erzeugt, die parallel zur Längsachse (25) des Prüflings (13) orientiert ist und ein Biegemoment auf den Prüfling (13) aufbringt.Vibration tester ( 1 ) according to claim 7, characterized in that a) the torsional vibration system ( 14 ) with two rotational oscillations carrying masses ( 17 ; 23 ) formed over the torsion-stressed specimen ( 13 ) and b) to form the bending vibration system ( 28 ) between the two rotational oscillations exporting masses ( 17 ; 23 ) away from the longitudinal axis ( 25 ) of the test piece ( 13 ) an actuator ( 6 ), which generates a force parallel to the longitudinal axis ( 25 ) of the test piece ( 13 ) and a bending moment on the test specimen ( 13 ). Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwingungssystem (9) sowie das zweite Schwingungssystem (10) jeweils als Schwingungssystem (45, 46) mit translatorischem Freiheitsgrad ausgebildet sind mit Schwingungsachsen (47, 48), welche zueinander versetzt sind oder um einen Winkel α zueinander geneigt sind.Vibration tester ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first oscillation system ( 9 ) as well as the second vibration system ( 10 ) each as a vibration system ( 45 . 46 ) are formed with translational degree of freedom with vibration axes ( 47 . 48 ), which are offset from each other or inclined at an angle α to each other. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α der Schwingungsachsen (47, 48) veränderbar ist.Vibration tester ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the inclination angle α of the oscillation axes ( 47 . 48 ) is changeable. Verwendung einer Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Prüfung von Kurbelwellen (21), Kurbelwellenlagern oder Kurbelwellengehäusen (38). Use of a vibration test device ( 1 ) according to one of the preceding claims for the testing of crankshafts ( 21 ), Crankshaft bearings or crankshaft housings ( 38 ).
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