DE102010060955A1 - Schwingungsprüfungs-Aktuator mit Unwuchterreger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsprüfeinrichtung (1) für die mechanische Beaufschlagung eines Prüflings (13) mit einer periodisch oszillierenden Belastung. Erfindungsgemäß findet ein Resonanzprüfaktuator Einsatz, der mit einem Schwingungssystem (9) und einem zur Schwingungsanregung mit dem Schwingungssystem (9) gekoppelten Aktuator (5) gebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Aktuator (5) mit einem ersten Unwuchterreger sowie einem zweiten Unwuchterreger gebildet, die jeweils über gegenläufig resultierende Unwuchtmassen verfügen. Bei Antrieb der beiden Unwuchterreger mit gleichen Antriebsdrehzahlen, aber einer vorgegebenen Phasenlage, ergibt sich eine Gesamt-Unwuchtkraft beider Unwuchterreger, deren Amplitude durch Veränderung der Phasenlage unabhängig von der Antriebsdrehzahl der Unwuchterreger geregelt werden kann.

Description

• TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft eine Schwingungsprüfeinrichtung, mittels welcher ein beliebiger Prüfling mechanischen dynamischen Prüflasten ausgesetzt werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Schwingungsprüfeinrichtung für einen besonderen Anwendungsbereich.
• STAND DER TECHNIK
• Schwingungsprüfungs-Aktuatoren finden Einsatz zur dynamischen Prüfung eines Prüflings. Bei dem hier einschlägigen Aktuator findet zur Erzeugung einer Kraft ein sogenannter Unwuchterreger Einsatz. In derartigen Unwuchterregern werden zwei Unwuchtmassen mit derselben Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit, aber gegenläufig angetrieben. Die rotierenden Unwuchtmassen erzeugen jeweils eine rotierende Trägheits- oder Unwuchtkraft. In Folge des gegenläufigen Antriebs der Unwuchtmassen heben sich Unwuchtkraft-Komponenten, welche einen Richtungssinn besitzen, der in Richtung der Verbindungsgeraden der Drehpunkte der Unwuchtmassen orientiert sind, auf. Hingegen addieren sich die quer zu der zuvor genannten Richtung orientierten (im Folgenden ”Richtung der Resultierenden der Unwuchtkräfte”) Unwuchtkraft-Komponenten zu einer Resultierenden der Unwuchtkraft. Bei Antrieb der beiden Unwuchtmassen des Unwuchterregers mit konstanter Drehzahl ergibt sich ein hinsichtlich der Zeit harmonischer Verlauf der resultierenden Unwuchtkraft, die dann als Ausgangs- oder Prüfkraft des Aktuators genutzt werden kann. Bei Antrieb der Unwuchtmassen mit nicht konstanter Drehzahl können von einem harmonischen Verlauf abweichende Verläufe der resultierenden Trägheitskraft erzeugt werden. Die Amplitude der resultierenden Trägheitskraft des Unwuchterregers hängt quadratisch von der Winkelgeschwindigkeit der Unwuchtmassen, linear von der Masse der Unwuchtmassen sowie vom wirksamen Radius der Unwuchtmassen ab. Für eine vorgegebene, zu erzeugende Frequenz der resultierenden Trägheitskraft des Unwuchterregers kann die Amplitude der resultierenden Trägheitskraft nur verändert werden durch Veränderung der Masse der Unwuchtmassen, beispielsweise durch Ergänzung oder Beseitigung von Zusatzmassen und/oder eine Veränderung des wirksamen Radius der Unwuchtmassen. Beide vorgenannten Maßnahmen zur Veränderung der Unwuchtkraft des Unwuchterregers bedingen bauliche Veränderungen des Unwuchterregers oder erfordern aufwändige automatisierte Verstellmechanismen, beispielsweise für den wirksamen Radius der Unwuchtmassen. Stand der Technik zu Unwuchterregern mit zwei gegenläufig mit derselben Winkelgeschwindigkeit in synchronisierter Ausrichtung rotierenden Unwuchtmassen ist beispielsweise aus DE 23 61 183 B2 , DE 20 2007 018 292 U1 bekannt.
• Möglich ist, dass die Unwuchtmassen zwangssynchronisiert sind, was beispielsweise auf elektronische oder auf mechanische Weise erfolgen kann, beispielsweise über ein Zahnradgetriebe oder eine Kette, einen Zahnriemen oder ähnliches. Diese Zwangssynchronisierung muss sehr exakt erfolgen, weshalb beispielsweise aus DE 41 30 231 A1 und DE 42 25 564 C1 Vorschläge bekannt sind, eine feinfühlige Einstellung des synchronen, aber gegenläufigen Verdrehens der Unwuchtmassen zu ermöglichen.
• Aus dem Bereich der Resonanzprüftechnik sind Resonanzprüfmaschinen bekannt, bei denen, auch unter Einsatz eines Unwuchterregers, ein Schwingungssystem bei der oder einer Resonanzfrequenz desselben zu Schwingungen angeregt wird. Ein Einsatzbeispiel eines Schwingungsprüfungs-Aktuators mit einem Unwuchterreger in einer Resonanzprüfmaschine ist beispielsweise aus DE 103 08 094 A1 bekannt.
• Während üblicherweise die Rotationsachsen der beiden Unwuchtmassen in einem Unwuchterreger beabstandet voneinander parallel zueinander orientiert sind, offenbart EP 1 527 826 A1 eine koaxiale Anordnung der beiden Unwuchtmassen, wozu eine Unwuchtmasse als rotierende Welle mit Zusatzmasse und die andere Unwuchtmasse als koaxial zu der vorgenannten Welle angeordnete Hohlwelle mit Zusatzmasse ausgebildet sind. Die beiden genannten Zusatzmassen sind um 180° zueinander versetzt in Umfangsrichtung angeordnet und derart dimensioniert, dass sich für beide Unwuchtmassen trotz der unterschiedlichen Abstände der Zusatzmassen von der gemeinsamen Rotationsachse dieselben Beträge der Trägheitskräfte ergeben. Die beiden Unwuchtmassen sind an relativ zueinander translatorisch beweglich geführten Bauelementen abgestützt, so dass sich mit der geführten Bewegung die Rotationsachsen aus der koaxialen Ausrichtung zu einer parallelen, beabstandeten Ausrichtung bewegen können. Eine Synchronisierung der beiden Unwuchtmassen kann gemäß dieser Druckschrift über synchronisierte regelbare Motoren erfolgen. Ebenfalls vorgeschlagen wird, dass die Unwuchtmassen von einer gemeinsamen zentralen Antriebswelle mit ruhender Achse über ein sich scherenartig auseinander bzw. zueinander bewegendes Getriebe angetrieben werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Welle und die Hohlwelle in Drehrichtung zu kuppeln, so dass lediglich eine der Unwuchtmassen angetrieben werden muss.
• DE-OS 1 573 932 offenbart den Einsatz eines Unwuchterregers für einen sogenannten ”Rütteltisch”. Um den Prüfkörper des Rütteltischs wahlweise Schwingungen mit geradliniger Schwingungsachse, kreisförmiger Schwingungsbewegung, elliptischer, fortschreitender schraubenlinienförmiger oder anderweitiger beliebiger Schwingungsausbildung zu ermöglichen, schlägt die Druckschrift vor, die Unwuchtmassen unabhängig voneinander über zwei asynchrone Einzelmotoren anzutreiben. Hierbei sollen die Unwuchtmassen unabhängig voneinander um eine gemeinsame geometrische Achse geschwenkt werden können, die senkrecht zu den Drehachsen der Unwuchtmassen steht.
• Andererseits betrifft die Erfindung Schwingungsprüfeinrichtungen, die in der IPC-Klasse G01M007 einklassifiziert sind, 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.
• 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 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 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 29 13 681 C2 betrifft ebenfalls einen Rütteltisch, mittels dessen mehrachsige Quasi-Zufalls-Schwingungen in einem breiten Frequenzband mit geringen Kosten erzeugt werden sollen.
• Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2010 027 897.1 der Anmelderin betrifft eine Schwingungsprüfeinrichtung zur Beanspruchung eines Prüflings mit zwei überlagerten dynamischen Prüflasten.
• AUFGABE DER ERFINDUNG
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsprüfeinrichtung vorzuschlagen, welche hinsichtlich
• – der zu erzeugenden mechanischen Beaufschlagung eines Prüflings,
• – des Energieeinsatzes für den die Belastung des Prüflings erzeugenden Aktuator und/oder
• – hinsichtlich der Regelungsmöglichkeiten für die erzeugte Belastung des Prüflings
verbessert ist.
• LÖSUNG
• Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen dieser Lösung ergeben sich entsprechend den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche 2 bis 19. Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist gegeben durch eine Verwendung einer Schwingungsprüfeinrichtung gemäß Patentanspruch 20.
• BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Erfindungsgemäß ist die Schwingungsprüfeinrichtung mit einem Resonanzprüfaktuator ausgestattet. Hierunter wird ein Prüfaktuator verstanden, bei welchem eine Schwingungssystem mit einem Aktuator derart gekoppelt ist, dass das Schwingungssystem von diesem zu Schwingungen angeregt wird. Der Prüfaktuator ist dann in jeder möglichen Weise mit dem Prüfling derart gekoppelt, dass entsprechend dem Schwingungszustand des Schwingungssystems unmittelbar oder mittelbar die mechanische Beaufschlagung des Prüflings mit einer periodisch oszillierenden Belastung erfolgt. Die Resonanz des Schwingungssystems, für welche mit kleiner Anregung durch den Aktuator eine große Wirkung, nämlich eine große mechanische Beaufschlagung des Prüflings erzeugt werden kann, wird erfindungsgemäß mit dem eingesetzten Resonanzprüfaktuator ausgenutzt. Hierzu wird der Aktuator des Schwingungssystems zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz angeregt, die der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems entspricht. Hierbei wird noch unter ”der Resonanzfrequenz entsprechender Erregerfrequenz” jede Erregerfrequenz verstanden, welche eine Resonanzüberhöhung des Schwingungssystems ausnutzt, insbesondere im Bereich einer Verstärkungsfunktion des Schwingungssystems mit einer Überhöhung größer als 2, 3, 5, 10 oder sogar mehr als 20, 50 oder 100. Somit führt die erfindungsgemäße Ausstattung der Schwingungsprüfeinrichtung mit einem Resonanzprüfaktuator zu einer besonders energieeffizienten Erzeugung der mechanischen Beaufschlagung des Prüflings.
• Erfindungsgemäß findet aber in dem Resonanzprüfaktuator nicht ein beliebiger Aktuator wie beispielsweise ein elektromagnetischer Shaker, ein hydraulischer Pulser u. ä. Einsatz. Vielmehr ist ein erster Unwuchterreger mit zwei gegenläufig mit einer Drehgeschwindigkeit antreibbaren Unwuchtmassen eingesetzt, der eine erste resultierende Unwuchtkraft erzeugt. Zusätzlich ist, abweichend zu dem eingangs genannten Stand der Technik, ein zweiter Unwuchterreger eingesetzt, welcher über zwei weitere Unwuchtmassen verfügt, die gegenläufig mit derselben Drehgeschwindigkeit rotieren wie die Unwuchtmassen des ersten Unwuchterregers. Hierbei sind der erste Unwuchterreger und der zweite Unwuchterreger derart räumlich ausgerichtet, dass die erste resultierende Unwuchtkraft und die zweite resultierende Unwuchtkraft den selben Richtungssinn besitzen und insbesondere koaxial zueinander orientiert sind.
• Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Steuereinrichtung vorhanden, über welche die relative Phasenlage der ersten resultierenden Unwuchtkraft gegenüber der zweiten resultierenden Unwuchtkraft vorgebbar und veränderbar ist. Hierbei können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beide Unwuchterreger gleiche oder unterschiedliche Unwuchtmassen und/oder gleiche oder unterschiedliche Abstände der Unwuchtmassen von den Drehachsen besitzen.
• Wie eingangs erläutert, könnte bei Einsatz lediglich eines Unwuchterregers für eine vorgegebene Anregungsfrequenz eine Erregerkraftamplitude für das Schwingungsprüfsystem und das Schwingungssystem lediglich verändert werden durch Veränderung des Abstands der Unwuchtmassen von der Drehachse und/oder durch Veränderung der Unwuchtmassen, was einen konstruktiven Eingriff bzw. einen Umbau des Aktuators bzw. des Resonanzprüfaktuators erfordern würde. Hier schafft der erfindungsgemäße Einsatz von zwei Unwuchterregern verbesserte Steuerungs- oder Regelungsmöglichkeiten für Vorgabe der Erregerkraftamplitude. Dies soll anhand von zwei Extremüberlegungen erläutert werden: Gibt die Steuereinrichtung eine Phasenverschiebung von 180° zwischen den beiden resultierenden Unwuchtkräften der beiden Unwuchterreger vor, so heben sich diese (für gleiche Abstände der Unwuchtmassen von den Drehachsen und gleiche Unwuchtmassen) auf, so dass die Gesamt-Unwuchtkraft und damit die wirkende Erregerkraftamplitude trotz rotierender Unwuchterreger 0 ist. Beträgt hingegen die Phasenverschiebung der beiden resultierenden Unwuchtkräfte 0°, addieren sich die Beträge der beiden resultierenden Unwuchtkräfte zu einer von Null verschiedenen Gesamt-Unwuchtkraft, deren Betrag der Summe der Beträge der resultierenden Unwuchtkräfte der beiden Unwuchterreger entspricht und die in diesem Fall maximal ist. Für Phasenlagen zwischen den extremen Phasenlagen von 0° und 180° überlagern sich die beiden resultierenden Unwuchtkräfte vektoriell, so dass je nach Phasenlage die Erregerkraftamplitude zwischen Null und dem genannten Maximum der Gesamt-Unwuchtkraft vorgegeben werden kann. (Entsprechendes gilt für unterschiedliche Unwuchtmassen der beiden Unwuchterreger und/oder unterschiedliche Abstände der Unwuchtmassen von den Drehachsen: in diesem Fall kann die Erregerkraftamplitude innerhalb eines Bereichs zwischen einem Minimum der Gesamt-Unwuchtkraft ungleich Null, welches der Differenz der Beträge der beiden resultierenden Unwuchtkräfte entspricht, und einem Maximum der Gesamt-Unwuchtkraft, die der Summe der Beträge der beiden resultierenden Unwuchtkräfte entspricht, vorgegeben werden kann). Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung (bei energieeffizientem Einsatz eines Resonanzprüfaktuators) eine verbesserte Regelbarkeit für die mechanische Beaufschlagung des Prüflings.
• Möglich ist darüber hinaus, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch ein ”Hochlaufen” des Resonanzprüfaktuators verbessert werden kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung die relative Phasenlage der beiden Unwuchterreger während des Hochlaufens auf die Zielprüffrequenz für die Rotation der Unwuchtmassen so vorgeben, dass sich während des Hochlaufens eine Erregerkraftamplitude von Null ergibt. Ist die Zielfrequenz für die Unwuchterreger erreicht, muss dann lediglich die Phasenlage der beiden resultierenden Unwuchtkräfte so verändert werden, dass sich die gewünschte Erregerkraftamplitude ergibt. Dies erfolgt durch kurzzeitige geringfügige Veränderung der Drehzahlen des Antriebsaggregates für die beiden Unwuchterreger, so dass sich die Phasenlage verändert. Für eine derartige Ausgestaltung des ”Hochlaufens” kann das Auftreten von transienten unerwünschten Schwingungen und deren unbeabsichtigter Einfluss auf die Beaufschlagung des Prüflings reduziert werden.
• Möglich ist, dass die beiden Unwuchterreger eine gemeinsame Baueinheit bilden, welche somit mittels einer gemeinsamen Schnittstelle an das Schwingungssystem angekoppelt werden kann. Über diese Schnittstelle wird dann ausschließlich die Gesamt-Unwuchtkraft, die sich aus den beiden resultierenden Unwuchtkräfte ergibt, übergeben, während die resultierenden Unwuchtkräfte selber innere Kräfte in der Baueinheit bilden. Möglich ist auch, dass das Schwingungssystem in die Baueinheit integriert ist. In diesem Fall wird über eine Schnittstelle die Baueinheit mit der Schwingungsprüfeinrichtung oder dem Prüfling gekoppelt, wobei dann über die Schnittstelle die über das in Resonanz schwingende Schwingungssystem verstärkte Prüfkraft übergeben werden kann.
• In alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Unwuchterreger jeweils als singuläre Baueinheiten ausgebildet. Diese können dann über ein beliebig gestaltetes Kopplungselement miteinander koppelbar sein. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht den Einsatz der Unwuchterreger jeweils als singuläre Baueinheiten ohne gleichzeitigen Einsatz des anderen Unwuchterregers sowie auch den Einsatz von beiden Unwuchterregern gemeinsam mit den zuvor erläuterten Vorteilen der verbesserten Regelbarkeit der Erregerkraftamplitude der beiden Unwuchterreger.
• Für den Antrieb der Unwuchtmassen der beiden Unwuchterreger gibt es vielfältige Möglichkeiten. Um lediglich einige Beispiele zu nennen, sind die Unwuchtmassen des ersten Unwuchterregers von einem gemeinsamen ersten Antriebsaggregat antreibbar, während die Unwuchtmassen des zweiten Unwuchterregers von einem gemeinsamen zweiten Antriebsaggregat antreibbar sind. In diesem Fall kann dann eine gemeinsame Steuerung des ersten und des zweiten Antriebsaggregates durch eine Steuereinrichtung erfolgen, welche dann auch für die Vorgabe und Veränderung der relativen Phasenlage zwischen der ersten resultierenden Unwuchtkraft und der zweiten resultierenden Unwuchtkraft zuständig ist. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird jede der vier Unwuchtmassen jeweils von einem Antriebsaggregat angetrieben, wobei in diesem Fall eine gemeinsame Steuereinrichtung die Antriebsaggregate der vier Unwuchtmassen ansteuert. Hierbei ist auch denkbar, dass die Antriebsaggregate selber über eine Teilsteuereinrichtung verfügen, wobei dann eine der Teilsteuereinrichtungen oder eine zusätzliche Steuereinrichtung für die Vorgabe und Veränderung der relativen Phasenlage der resultierenden Unwuchtkräfte zuständig sein kann. Die einzelnen genannten Steuereinrichtungen können auch miteinander vernetzt sein, insbesondere zwecks Synchronisierung und Vorgabe der Phasenlage.
• Möglich ist, dass der mit den Unwuchterregern gebildete Aktuator in dem Arbeitsbereich üblicher anderer Aktuatoren arbeitet. Beispielsweise kann der Aktuator einen hydraulischen Pulser ersetzen, welcher beispielsweise in einem Frequenzbereich bis 60 Hz arbeitet. Während allerdings physikalisch oder angesichts des erforderlichen Bauaufwands der Frequenzbereich für Erregerfrequenzen anderer Aktuatoren begrenzt ist, hängt die machbare Erregerfrequenz für den erfindungsgemäß mit Unwuchterregern gebildeten Aktuator lediglich von den möglichen Antriebsdrehzahlen für die Unwuchtmassen ab, die je nach Ausgestaltung des eingesetzten Antriebsaggregates und unter Umständen eingesetzten Getrieben sowie der für die Lagerung der Unwuchtmassen eingesetzten Lageeinheiten nahezu unbegrenzt ist. Demgemäß schlägt die Erfindung vor, dass in besonderer Ausgestaltung der Erfindung die Antriebsdrehzahl der Unwuchtmassen mehr als 3000 U/min, insbesondere mehr als 8000 U/min, beträgt. Derartige hohe Antriebsdrehzahlen und hieraus resultierenden hohe Frequenzen können auch mit verhältnismäßig kleinem Bauraum für Antriebsaggregat, Aktuator, Resonanzprüfaktuator und letztendlich Schwingungsprüfeinrichtung gewährleistet werden.
• Durchaus möglich ist, dass der Resonanzprüfaktuator über eine geeignete Schnittstelle mit dem Prüfling oder einer Abstützung des Prüflings gekoppelt ist. Für eine besonders kompakte Ausgestaltung der Schwingungsprüfeinrichtung ist der Prüfling selbst in das Schwingungssystem integriert, so dass insbesondere eine Masse und/oder eine Steifigkeit des Schwingungssystems von dem Prüfling selbst gebildet ist.
• Durchaus möglich ist, dass in der Schwingungsprüfeinrichtung lediglich ein Resonanzprüfaktuator eingesetzt ist mit einer einzigen periodisch oszillierenden Belastung, die durch diesen Resonanzprüfaktuator erzeugt wir. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung erfolgt allerdings 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, wobei die beiden Belastungen unterschiedliche Wirkungen besitzen. Bei den Belastungen mit unterschiedlichen Wirkungen kann es sich beispielsweise um Kräfte handeln, die aber unterschiedliche Richtungssinne besitzen. Ebenfalls möglich ist, dass es sich bei den Belastungen um Momente mit unterschiedlichen Wirkachsen, beispielsweise ein Torsionsmoment und/oder ein Biegemoment, handelt. Ebenfalls denkbar ist, dass eine Belastung eine beliebige Kraft und die andere Belastung ein beliebiges Moment ist. 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.
• Erfindungsgemäß wird die erste periodisch oszillierende Belastung über einen ersten Resonanzprüfaktuator erzeugt. Dieser weist ein erstes Schwingungsteilsystem auf, welches eine erste Resonanzfrequenz besitzt und über einen erste Aktuator, der mit zwei Unwuchterregern gebildet ist, zu Schwingungen bei der ersten Resonanzfrequenz angeregt wird. Entsprechend ist ein zweiter Resonanzprüfaktuator mit einem zweiten Schwingungsteilsystem gebildet, welches über einen zweiten Aktuator mit zwei Unwuchterregern zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Die erfindungsgemäße Nutzung von zwei Resonanzprüfaktuatoren hat zur Folge, dass in Folge der Ausnutzung der Resonanzüberhöhungen der Übertragungsfunktionen der beiden Schwingungsteilsysteme mit minimalem Energieeintrag, also minimaler von den Aktuatoren aufzubringenden Energien, 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.
• 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 Schwingungsteilsystem und das zweite Schwingungsteilsystem vorgesehen, in denen die (verallgemeinerte) Masse oder eine gemeinsame (verallgemeinerte) Masse Relativschwingungen zu dem Tisch oder der Abstützung ausführen kann. In diesen Schwingungsteilsystemen 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 kann, 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.
• 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.
• Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass es nicht immer vorteilhaft ist, wenn die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungsteilsysteme unterschiedlich sind, so dass für die Resonanzanregung der beiden Schwingungsteilsysteme 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 Schwingungsteilsysteme (ungefähr) übereinstimmen. Bei Betrieb beider Schwingungsteilsysteme mit derselben Erregerfrequenz und in Resonanz sind die Belastungen des Prüflings sehr unterschiedlich je nach Phasenlage der beiden Schwingungen der Schwingungssysteme, die durch eine Steuereinrichtung durch geeignete Vorgabe der Phasenlage der resultierenden Unwuchtkräfte der beiden Unwuchterreger zueinander gesteuert oder geregelt werden kann. Treten die Maxima der beiden Schwingungsteilsysteme gleichzeitig auf, führt dies zu einer höheren Belastung als wenn ein Schwingungsteilsystem den Zustand der maximalen Belastung durch dieses erreicht, während das andere Schwingungsteilsystem 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 Schwingungsteilsysteme 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.
• Möglich ist, dass für diese Ausführungsform die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 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 Schwingungsteilsysteme 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 Schwingungsteilsysteme jeweils 80%, 90% oder 95% des Maximums bei den Resonanzfrequenzen nicht unterschreiten.
• 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 Schwingungsteilsystemen derart erfolgt, dass die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 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 Schwingungsteilsystems einstellbar ist. Möglich ist, dass eine Verstellung der Resonanzfrequenz erfolgt über die Veränderung einer in dem Schwingungsteilsystem wirksamen Steifigkeit, wobei beispielsweise zusätzlich versteifende Elemente in dem Schwingungsteilsystem eingesetzt werden können, welche somit in Parallelschaltung oder Reihenschaltung zu dem Prüfling in den Kraftfluss in das Schwingungsteilsystem eingeschaltet sind. Vorzugsweise erfolgt aber eine Beeinflussung der Resonanzfrequenz des Schwingungsteilsystems 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 Schwingungsteilsystems 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.
• Durchaus möglich ist, dass die beiden Schwingungsteilsysteme ”zusätzlich” zu dem Prüfling ausgebildet sind und an den Prüfling angekoppelt sind, insbesondere über ein Federelement der Schwingungsteilsysteme, welches dann die Belastung an den Prüfling überträgt. Für eine besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung verläuft der Kraftfluss allerdings in dem ersten Schwingungsteilsystem und/oder dem zweiten Schwingungsteilsystem über den Prüfling. Damit wird der Prüfling Bestandteil des ersten und/oder zweiten Schwingungsteilsystems. Dies hat zur Folge, dass schwingende innere Kraftgrößen der Schwingungsteilsysteme die Belastung des Prüflings bilden. Andererseits hat diese Ausgestaltung zur Folge, dass die Steifigkeit des ersten Schwingungsteilsystems und des zweiten Schwingungsteilsystems von dem Prüfling abhängig ist. Hierbei kann es sich um eine beliebige Abhängigkeit handeln – beispielsweise kann die Steifigkeit der Schwingungsteilsysteme von einer Längssteifigkeit, Quersteifigkeit, Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit des Prüflings abhängig sein.
• Die Schwingungsteilsysteme können beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Linearschwinger, Biegeschwinger, Torsionsschwinger oder Umlaufbiegeschwinger mit einer beliebigen Zahl von Freiheitsgraden. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Schwingungsteilsystem 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 Schwingungsteilsystem 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 Schwingungsteilsysteme 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.
• 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 einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schwingungsteilsysteme nicht als Torsions-Schwingungssystem sowie Biege-Schwingungssystem ausgebildet. Vielmehr sind mit dieser Ausgestaltung die beiden Schwingungsteilsysteme jeweils als Schwingungsteilsysteme mit translatorischem Freiheitsgrad ausgebildet mit Schwingungsachsen, die zueinander versetzt sind oder um einen 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.
• 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.
• 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-Schwingungsteilsysteme, 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 Schwingungsteilsysteme 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.
• 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.
• KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
• 1 zeigt schematisch ein Wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung mit einem Schwingungs(-teil)system und einem Aktuator.
• 2 zeigt in einer Vorderansicht eine konstruktive Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung mit einem Schwingungs(teil-)system und einem Aktuator.
• 3 zeigt einen schematischen Teilschnitt III-III durch einen Aktuator der Schwingungsprüfeinrichtung gemäß 2.
• 4 zeigt schematisch ein Wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung mit zwei Schwingungsteilsystemen und zwei Aktuatoren.
• 5 zeigt in einer Vorderansicht eine konstruktive Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung mit zwei Schwingungsteilsystemen und zwei Aktuatoren.
• 6 zeigt die Schwingungsprüfeinrichtung gemäß 5 in einer Draufsicht.
• 7 zeigt die von den Aktuatoren für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 erzeugten Erregersignale mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung.
• 8 zeigt die Übertragungsfunktionen der beiden Schwingungsteilsysteme für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 mit bei gleichen Resonanzfrequenzen auftretenden Resonanzüberhöhungen.
• 9 zeigt den Erregerkraftverlauf des ersten Schwingungsteilsystems in Abhängigkeit von dem Erregerkraftverlauf des zweiten Schwingungsteilsystems für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6.
• 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung mit zwei Schwingungsteilsystemen und zwei Aktuatoren.
• 11 zeigt die Übertragungsfunktionen der beiden Schwingungsteilsysteme gemäß
• 10 mit Resonanzüberhöhungen, die bei voneinander abweichenden Resonanzfrequenzen auftreten.
• FIGURENBESCHREIBUNG
• 1 zeigt schematisch eine Schwingungsprüfeinrichtung 1. Diese verfügt über eine Steuereinrichtung 2, welche über ein Steuersignal 3 einen Aktuator 5 ansteuert. Der Aktuator 5 ist mit zwei Unwuchterregern ausgebildet, in welchen jeweils zwei Unwuchtmassen gegenläufig mit einer gleichen Frequenz rotieren. Der Aktuator 5 erzeugt eine Gesamt-Unwuchtkraft 7. Mit der Gesamt-Unwuchtkraft 7 wird ein Schwingungs(teil-)system 9 zu fremderregten Schwingungen angeregt, was, insbesondere nach dem Abklingen transienter Schwingungen im eingeschwungenen Zustand, zu einer Belastung 11 führt. Mit der Belastung 11 wird ein Prüfling 13 beaufschlagt. Der Prüfling 13 ist gegenüber der Umgebung 58 abgestützt, beispielsweise fest an einem Fundament eingespannt oder über ein Federelement 57 an einem Fundament abgestützt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die schematische Prinzipskizze zum Wirkprinzip der schwingungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung 1 gemäß 1 nicht zwingend so zu verstehen ist, dass die Belastung 11 eine reine Ausgangsgröße des Schwingungssystems 9 ist, die dann dem Prüfling 13 zugeführt wird. Vielmehr kann der Prüfling 13 auch Bestandteil des Schwingungssystems 9 sein, indem dieser beispielsweise ein Federelement des Schwingungssystems 9 bildet, welches mit den Schwingungen als Bestandteil des Schwingungssystems 9 ausgelenkt wird, so dass die Federkraft die Belastung 11 bildet. Beispielsweise kann für die Ausbildung des Schwingungssystems 9 als translatorisches Schwingungssystem eine Längs- oder Quersteifigkeit des Prüflings 13 als Federelement genutzt werden. Ebenfalls möglich ist, dass eine Biegesteifigkeit des Prüflings 13 in einem als Biege-Schwingungssystem ausgebildeten Schwingungssystem 9 genutzt werden kann. Mit dem Aktuator 5 und dem zugeordneten Schwingungssystem 9 ist ein Resonanzprüfaktuator gebildet, welcher die Belastung 11 für den Prüfling 13 erzeugt.
• Für das Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 sind, soweit möglich, die Bezugszeichen gemäß 1 verwendet worden.
• Gemäß 2 und 3 ist ein Schwingungssystem 9 mit einer Feder 14 gebildet, von welcher ein Federfußpunkt an eine Baueinheit 15 angelenkt ist. Die Baueinheit 15 verfügt über ein Gehäuse 16, in welchem sich zwei Unwuchterreger 17, 18 befinden. Jeder der Unwuchterreger 17, 18 besitzt ein Paar von Unwuchtmassen 19, 20 bzw. 21, 22. Der Unwuchterreger 17 erzeugt mittels der beiden Unwuchtmassen 19, 20 eine resultierende Unwuchtkraft 23, welche für die in 3 dargestellte Position der Unwuchtmassen 19, 20 nach oben orientiert ist. Horizontale Trägheitskräfte der Unwuchtmassen 19, 20 heben sich gegenseitig auf. Hingegen erzeugen die Unwuchtmassen 21, 22 eine resultierende Unwuchtkraft 24, welche in 3 nach unten orientiert ist. Bei gleichen Massen und Abständen von den Drehachsen erzeugen die Unwuchtmassen 19–22 eine Gesamt-Unwuchtkraft 25, welche sich aus der Überlagerung der resultierenden Unwuchtkräfte 23, 24 ergibt, die für die in 3 skizzierte Phasenlage Null beträgt. Dies liegt daran, dass gemäß 3 die Unwuchtmassen 19, 20 sowie die Unwuchtmassen 21, 22 eine Phasenlage besitzen, so dass diese zueinander gegenläufig rotieren. Dies hat zur Folge, dass die resultierenden Unwuchtkräfte 23, 24 zum selben Zeitpunkt ihr Maximum erreichen, vgl. die skizzierte Stellung in 3. Für die Wahl einer abweichenden Phasenbeziehung für die Rotation der Unwuchtmassen 19, 20 gegenüber der Rotation der Unwuchtmassen 21, 22 ergibt sich eine Gesamt-Unwuchtkraft 25, welche von Null verschieden ist. Rotieren die Unwuchtmassen 19, 20 sowie 21, 22 mit einer Phasenverschiebung von Null, aber paarweise gegenläufig, so ergibt sich ein Betrag der Gesamt-Unwuchtkraft 25, welcher der Summe der Beträge der resultierenden Unwuchtkräfte 23, 24 entspricht. Für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel trägt das Gehäuse 16 auch Antriebsaggregate für den Antrieb der Unwuchtmassen 19–22. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel erfolgt der separate Antrieb der Unwuchtmassen 19–22 über jeweils einer Unwuchtmasse zugeordnete Antriebsaggregate 26–29. Die Antriebsaggregate 26–29 werden über eine in 2 nicht dargestellte Steuereinrichtung 2 mit Steuersignalen 3 angesteuert, so dass eine definierte Phasenlage für die resultierenden Unwuchtkräfte 23, 24 vorgegeben ist, die über eine geeignete Steuerlogik der Steuereinrichtung 2 veränderbar ist. In dem Gehäuse 16 ist mit den Unwuchtmassen 19–22 der Aktuator 5 gebildet. In dem Schwingungssystem 9 ist an der Feder 14 eine Masse federnd abgestützt, welche mit der Masse des Gehäuses, den entsprechenden Lagereinheiten, den Unwuchtmassen 19–22 sowie der Masse der Antriebsaggregate 26–29 gebildet ist. Das derart gebildete Feder-Masse-System, welches das Schwingungssystem 9 bildet, wird durch die Gesamt-Unwuchtkraft 25 zu Schwingungen angeregt. An die Feder 14 ist unter Zwischenschaltung eines Kopplungs- und Führungselementes 30 ein Endbereich des Prüflings 13 angekoppelt, dessen anderer Endbereich über das Federelement 57 an der Umgebung abgestützt ist. Der Prüfling 13 bildet hierbei in dem Kraftfluss zwischen Federelement 57 und Kopplungs- und Führungselement 30 eine Federelement, beispielsweise mit seiner Längs- oder Quersteifigkeit je nach Einbaulage des Prüflings 13 und dessen Ankopplung an die benachbarten Bauelemente. Das Kopplungs- und Führungselement 30 ist wie dargestellt in vertikaler Richtung geführt, also parallel zum Richtungssinn der Unwuchtkräfte 23–25. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist, zusätzlich zu der Abstützung über das Federelement 57 an der Umgebung 58, ein Feder-Masse-System mit zwei vertikalen Freiheitsgraden gebildet, wobei die Steifigkeit des Prüflings 13 und die Masse des Kopplungs- und Führungselements 30 das erste Feder-Masse-System bilden, an welche die Feder 14 mit der Masse mit dem Gehäuse 16 und den Antriebsaggregaten 26–29 als zweites Feder-Masse-System angekoppelt ist.
• 4 zeigt schematisch eine Schwingungsprüfeinrichtung 101. Diese verfügt über eine Steuereinrichtung 102, welche über Steuersignale 103, 104 Aktuatoren 105, 106 ansteuert. Die Aktuatoren 105, 106 sind hierbei jeweils prinzipiell wie der zuvor beschriebene Aktuator ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei den Steuersignalen 103, 104 um elektrische Signale, die einen Antrieb der Unwuchtmassen in den Aktuatoren 105, 106 mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten und vorgegebener Phasenlage entsprechen.
• Die Aktuatoren 105, 106 erzeugen aus den Steuersignalen 103, 104 jeweils Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108, wobei es sich um verallgemeinerte Kräfte, also Kräfte, Biegemomente oder Torsionsmomente in beliebige Richtungen, handeln kann. Für die Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108 ergibt sich: F₁ = F₁₀ × sin(Ω₁t) und F₂ = F₂₀ × sin(Ω₂t + φ) mit F₁(t) als zeitabhängige Gesamt-Unwuchtkraft 107, F₂(t) als zeitabhängige Gesamt-Unwuchtkraft 108, F₁₀, F₂₀ als Amplituden der Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108, Ω₁ = Ω₂ = Ω als durch die Winkelgeschwindigkeit der Unwuchtmassen vorgegebene Erregerfrequenz und φ als Phasenverschiebung oder -lage zwischen den Gesamt-Unwuchtkräften 107, 108.
• Über die Steuereinrichtung 102 werden die Aktuatoren 105, 106 derart angesteuert, dass die Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108 gleiche Erregerfrequenzen Ω besitzen sowie eine Phasenverschiebung φ zwischen den Gesamt-Unwuchtkräften 107, 108 vorgebbar ist.
• Mit den Gesamt-Unwuchtkräften 107, 108 wird jeweils ein Schwingungsteilsystem 109, 110 zu fremderregten Schwingungen angeregt, was, insbesondere nach dem Abklingen transienter Schwingungen im eingeschwungenen Zustand, zu einer ersten Belastung 111, die durch das Schwingungsteilsystem 109 verursacht wird, sowie zu einer zweiten Belastung 112, die durch das Schwingungsteilsystem 110 erzeugt wird, führt. Bei diesen Belastungen 111, 112 handelt es sich um innere, oszillierende Kräfte oder Momente der Schwingungsteilsysteme 109, 110 oder aber Kräfte, welche über die Ankopplung der Schwingungsteilsysteme 109, 110 an den Prüfling 113 an diesen übergeben werden. Mit den Belastungen 111, 112 wird der Prüfling 113 beaufschlagt, so dass im Bereich des Prüflings 113 eine Überlagerung der beiden Belastungen 111, 112 erfolgt. Der Prüfling 113 ist gegenüber der Umgebung 158 abgestützt, beispielsweise fest an einem Fundament eingespannt oder über ein Federelement 157 an einem Fundament abgestützt.
• Möglich ist, dass das Federelement 157 Teil einer Schwingerkette ist, in welche auch das Schwingungsteilsystem 109 und/oder das Schwingungsteilsystem 110 integriert sind/ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die schematische Prinzipskizze zum Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung 101 gemäß 4 nicht zwingend so zu verstehen ist, dass die Belastungen 111, 112 reine Ausgangsgrößen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 sind, die dann dem Prüfling 113 zugeführt werden (s. auch das Ausführungsbeispiel 10). Vielmehr kann der Prüfling 113 auch Bestandteil mindestens eines Schwingungsteilsystems 109, 110 sein, indem dieser beispielsweise ein Federelement der Schwingungsteilsysteme 109, 110 bildet, welches mit den Schwingungen als Bestandteil der Schwingungsteilsysteme 109, 110 ausgelenkt wird, so dass die Federkraft die Belastungen 111, 112 bildet (s. a. die gestrichelte und strichpunktierte Umrandung in 4 sowie das Ausführungsbeispiel 5 und 6). Hierbei können unterschiedliche Steifigkeiten des Prüflings 113 als Federelement der Schwingungsteilsysteme 109, 110 genutzt werden. Beispielsweise kann für die Ausbildung des Schwingungsteilsystems 109 als translatorisches Schwingungsteilsystem eine Längssteifigkeit des Prüflings 113 als Federelement genutzt werden, während eine Biegesteifigkeit des Prüflings 113 in einem als Biege-Schwingungssystem ausgebildeten Schwingungsteilsystem 110 genutzt werden kann. Mit dem Aktuator 105 (bzw. 106) und dem zugeordneten Schwingungsteilsystem 109 (bzw. 110) ist jeweils ein Resonanzprüfaktuator gebildet, welcher die Belastungen 111, 112 für den Prüfling 113 erzeugt.
• In den Ausführungsbeispielen gemäß 5 und 6 sowie 10 sind die Bezugszeichen gemäß 4 für unterschiedliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen verwendet:
  Für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 ist die Schwingungsprüfeinrichtung 101 mit einem ersten Schwingungsteilsystem 109 ausgebildet, welches als Torsions-Schwingungssystem 114 ausgebildet ist. Dieses erste Schwingungsteilsystem 109 ist
• – über eine erste Masse 115, hier eine Platte, welche über elastische Füße oder Federelemente 116 gegenüber der Umgebung, hier einem Fundament oder Boden, abgestützt ist, und
• – eine zweite Masse 117, hier eine Drehscheibe 118, die unter Zwischenschaltung eines Torsion-Federelements 119 gegenüber der Masse 115 abgestützt ist,
mit der Umgebung gekoppelt.
• Auf der dem Federelement 119 abgewandten Seite der Masse 117 stützt sich an dieser eine Haltevorrichtung 120 für den Prüfling 113, hier eine Kurbelwelle 121 bzw. ein axialer Teilabschnitt derselben, ab. In die Haltevorrichtung 120 kann ein Sensor, beispielsweise ein Kraftaufnehmer oder Beschleunigungsaufnehmer oder ein kombinierter Biege-Torsionsaufnehmer, integriert sein. An dem der Haltevorrichtung 120 gegenüberliegenden Endbereich ist die Kurbelwelle 121 an einer weiteren Haltevorrichtung 122 befestigt, die wiederum an einer Masse 123 oder Drehscheibe 124 befestigt ist. Die Massen 115, 117 und 123, das Federelement 119, die Haltevorrichtungen 120, 122 sowie der Prüfling 113, hier die Kurbelwelle 121, sind im Wesentlichen koaxial zu einer Längs- und Torsionsachse 125 orientiert und bilden eine Torsionsschwingerkette. Mit den Massen 115, 117 und 123 ist ein Dreimassen-Torsionsschwinger gebildet, in welchem die Federelemente durch das Federelement 119 sowie den Prüfling 113, ggf. mit ergänzender Elastizität der Haltevorrichtungen 120, 122, gebildet sind. Die Massen 115, 117 und 123 können unter Beaufschlagung der vorgenannten Federelemente relative oszillierende Drehbewegungen um die Längs- und Torsionsachse 125 ausführen. Zur Anregung derartiger Torsionsschwingungen wirkt beispielsweise an der Masse 117 der Aktuator 105, welcher für das dargestellte Ausführungsbeispiel aus Symmetriegründen mit zwei Teil-Aktuatoren 105a, 105b, die wiederum jeweils zwei Unwuchterreger besitzen, ausgebildet ist. Ohne dass die Teil-Aktuatoren 105a, 105b grundsätzlich die Relativbewegung der Massen 115, 117 behindern oder beeinflussen, kann mit einem geeigneten Steuersignal 103 einer Steuereinrichtung 102 über die Teil-Aktuatoren 105a, 105b ein Anregungs-Torsionsmoment M_T = M_T0 sin(Ωt) an der Masse 117 erzeugt werden. Nach Abklingen transienter Vorgänge ergibt sich ein stabiler periodischer Schwingungszustand mit gleich- oder gegenläufiger Verdrehung der Massen 115, 117, 123 um die Längs- und Torsionsachse 125. Die Teil-Aktuatoren 105a, 105b erzeugen jeweils Kräfte, welche in Umfangsrichtung um die Längs- und Torsionsachse 125 orientiert sind, also vertikal zu der Zeichenebene gemäß 6. Das Schwingungsteilsystems 109 ist mit dem die Federsteifigkeit bereitstellenden Prüfling 113 sowie der Masse 123 gebildet. Im vorliegenden Fall erfolgt die Anregung dieses Schwingungsteilsystems 109 über die durch den Aktuator 105a, 105b erzeugte Torsionsschwingung der Masse 117. Damit ist das Schwingungsteilsystem 109 Bestandteil der Torsionsschwingerkette mit der Anregung durch den Aktuator 105a, 105b in einem außerhalb des Schwingungsteilsystems 109 liegenden Teil der Torisonsschwingerkette.
• Das zweite Schwingungsteilsystem 110 ist für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 gebildet mit dem in grober Vereinfachung doppel-T-förmigen Biege-Torsions-Schwingungssystem 126, bei welchem der obere Querschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Masse 123 oder Drehscheibe 124, während der Vertikalschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Haltevorrichtung 120, dem Prüfling 113 und der Haltevorrichtung 122 und der untere Querschenkel des Doppel-T gebildet ist mit der Masse 117 oder Drehscheibe 118. Bei Ausstattung des Vertikalschenkels des Doppel-T mit einer Biege-Elastizität um eine Biegeachse, die vertikal zur Zeichenebene gemäß 6 orientiert ist, kann dieses Biege-Schwingungssystem 126 Biegeschwingungen ausführen, bei welchen die Querschenkel des Doppel-T ihre relative Neigung zueinander und die Neigung gegenüber der Horizontalen gemäß 6 verändern, so dass diese um die zuvor erläuterte Biegeachse schwingen. Es versteht sich, dass auch die Haltevorrichtungen 120, 122 ergänzend zu dem Prüfling 113 zur Biegesteifigkeit des Vertikalschenkels des T beitragen können. Eine Anregung des Biege-Schwingungssystems 126 zu fremderregten Biegeschwingungen erfolgt durch den Aktuator 106, hier aus Symmetriegründen zwei Teil-Aktuatoren 106a, 106b, die jeweils zwei Unwuchterreger ausweisen. Die Teil-Aktuatoren 106a, 106b sind mit einem Abstand 156 von der Längs- und Torsionsachse 125 auf gegenüberliegenden Seiten jeweils an der Masse 123 oder Drehscheibe 124 befestigt. Die Teil-Aktuatoren 106a, 106b erzeugen jeweils Gesamt-Unwuchtkräfte, welche parallel zur Längs- und Torsionsachse 125 orientiert sind. Bei geeigneter Ansteuerung durch eine Steuereinheit 102 mit einem Steuersignal 104 erzeugen die Teil-Aktuatoren 106a, 106b Kräfte F(t) = F₀ × sin(Ωt + φ). Demgemäß besitzt die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 106a, 106b dieselbe Frequenz wie die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 105a, 105b, wobei die Erregung durch die Teil-Aktuatoren 105a, 105b sowie 106a, 106b mit einem Phasenversatz von φ erfolgt. Die Teil-Aktuatoren 106a, 106b sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese zwar die genannten Kräfte erzeugen, aber eine relative Verdrehung der Massen 117, 123 im Zuge der sich ausbildenden Torsionsschwingung nicht behindern oder beeinflussen. Die Aktuatoren 105a, 105b sowie 106a, 106b werden simultan betrieben, so dass in dem Prüfling 113 Spannungen zur Überlagerung kommen, die einerseits durch die Aktuatoren 105a, 105b und die hierdurch hervorgerufenen Torsionsschwingungen und andererseits durch die Aktuatoren 106a, 106b und die hierdurch hervorgerufenen Biegeschwingungen verursacht sind.
• Für die Ausbildung des Prüflings 113 als Kurbelwelle 121 entspricht die Drehachse der Kurbelwelle 121 im Betrieb im Einbauzustand in die Schwingungsprüfeinrichtung 101 der Längs- und Torsionsachse 125 bzw. dem Vertikalschenkel des Doppel-T. Ein Hubzapfen 127 der Kurbelwelle 121, welcher im Betrieb der Kurbelwelle 121 das Pleuel abstützt, ist seitlich versetzt zu der Längs- und Torsionsachse 125 angeordnet. Die Längsachse des Hubzapfens ist auf der Verbindungslinie der beiden Teil-Aktuatoren 106a, 106b angeordnet (vgl. 6). Diese Anordnung hat zur Folge, dass mit der Biegung des Vertikalschenkels des T des Biege-Schwingungssystems 126 auch Wangen 128, 129 der Kurbelwelle 121 auf Biegung beansprucht werden.
• Mittels des Torsions-Schwingungssystems 114 erfolgt eine Torsionsbelastung der Kurbelwelle 121, 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 126 eine Biegebelastung der Kurbelwelle 121 simuliert, welche entsteht, wenn insbesondere im Umgebungsbereich eines Totpunkts des Hubzapfens 127 der Arbeitshub des Zylinders einsetzt mit maximaler oder großer Kraftausübung des Pleuels auf den Hubzapfen 127. Somit kann die erläuterte Anordnung der Längsachse des Hubzapfens 127 auf der Verbindungsgeraden der Teil-Aktuatoren 106a, 106b realitätsnah den Moment maximaler Biegebelastung der Kurbelwelle 121 simulieren. Durchaus denkbar ist aber, beispielsweise je nach Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine, in welcher die Kurbelwelle 121 einzusetzen ist, dass die Kurbelwelle 121 gegenüber der beschriebenen Lage mehr oder weniger verdreht ist.
• Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Biege-Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems 126 konstruktiv fest vorgegeben und beträgt ω₂. Hingegen ist die Torsions-Resonanzfrequenz ω₁ des Torsions-Schwingungssystems 114 veränderbar, wozu eine Einstelleinrichtung 130 vorgesehen ist. Die Einstelleinrichtung 130 ist hier mit Zusatzmassen 131, 132 gebildet, deren Abstand 133 von der Längs- und Torsionsachse 125 veränderbar ist. Die Zusatzmassen 131, 132 sind von der Masse 123 oder Drehplatte 124 getragen, so dass sich je nach Abstand 133 ein unterschiedliches Massenträgheitsmoment der Drehscheibe 124 ergibt. Möglich ist, dass eine Veränderung des Abstands 133 über eine Art Spindelwelle 134 mit gegenläufigen Gewindebereichen erfolgt, welche die Zusatzmassen 131, 132 durchsetzen, so dass mit Verdrehung der Spindelwelle 134 die Massen in Richtung der Längsachse 125 bewegt werden können oder von dieser weg. Zusätzliche Rast- oder Verriegelungselemente oder Verschraubungen können in einer erreichten gewünschten Position dann die Zusatzmassen 131, 132 gegenüber der Drehscheibe 124 festsetzen oder befestigen. Die Zusatzmassen 131, 132 bzw. die mit diesen gebildete Einstelleinrichtung 130 ist bzw. sind vorzugsweise auf einer Achse angeordnet, welche durch die Längs- und Torsionsachse 125 verläuft und quer zu der Verbindungsachse der beiden Teil-Aktuatoren 106a, 106b orientiert ist, vgl. 6. Dies hat zur Folge, dass bei einer Veränderung des Abstands 133 lediglich eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems 114 erfolgt, nicht aber eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems 126 erfolgt, da die Zusatzmassen 131, 132 bei dieser Anordnung während der Biegeschwingungen keine oder nur unwesentliche Auslenkungen erfahren. Durch geeignete Anpassung des Abstands 133 der Zusatzmassen 131, 132 wird die Resonanzfrequenz des Torsions-Schwingungssystems 114 derart eingestellt, dass diese der Resonanzfrequenz des Biege-Schwingungssystems entspricht. Es folgt dann eine Anregung sowohl der Teil-Aktuatoren 106a, 106b als auch der Teil-Aktuatoren 105a, 105b mit einer Erregerfrequenz Ω, welche der Resonanzfrequenz sowohl des Biege-Schwingungssystems 126 als auch des Torsions-Schwingungssystems 114 (ungefähr oder exakt) entspricht.
• Für die dargestellte Ausführungsform besitzt das Torsionsschwingerkette mehrere Resonanzfrequenzen. Bei der erfindungsgemäß genutzten Resonanzfrequenz handelt es sich um die Resonanzfrequenz des ersten Schwingungsteilsystems 109, für welche die Massen 117, 123 gegenläufig zueinander verdreht werden.
• Die Masse 117 kann als eine Art federnd gelagerter Tisch oder eine Abstützung für den Prüfling 113 angesehen werden, wie diese(r) grundsätzlich gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird. Allerdings erfolgt erfindungsgemäß die Belastung des Prüflings 113 nicht infolge gezielte Vibrationsanregung der Masse 117 mit Vibration des Prüflings und Belastung des Prüflings durch dessen Trägheitskräfte infolge der Vibration, sondern nur oder auch durch die Anregung der Schwingungsteilsysteme 109, 110, die mit dem Prüfling 113 und der Masse 123 gebildet sind.
• 7 zeigt beispielhaft Steuersignale 103, 104, Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108 oder Belastungssignale 111, 112, welche eine Phasenverschiebung φ besitzen.
• 8 zeigt einen Teilausschnitt aus der Übertragungsfunktion 135 des Schwingungsteilsystems 109 sowie einer Übertragungsfunktion 136 des Schwingungsteilsystems 110. Gewählt ist ein Ausschnitt im Umgebungsbereich der erfindungsgemäß genutzten Resonanzüberhöhung. Dargestellt sind hierbei mittels der Übertragungsfunktionen 135, 136 die Systemantworten der Schwingungsteilsysteme 109, 110 auf die Schwingungsanregung durch die Aktuatoren 105, 106 bei gleicher Gesamt-Unwuchtkraft in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz 137. Die Resonanzfrequenzen Ω₁, Ω₂ (s. Bezugszeichen 154, 155) der Schwingungsteilsysteme 109, 110 sind im Idealfall derart angepasst, dass diese übereinstimmen.
• 9 zeigt die Gesamt-Unwuchtkraft 107 in Abhängigkeit der Gesamt-Unwuchtkraft 108 (oder der erste Belastung 111 durch das erste Resonanzprüfsystem von der zweiten Belastung 112 durch das zweite Resonanzprüfsystem). 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 Gesamt-Unwuchtkräfte 107, 108 oder der Belastungen 111, 112 beschreibt. Je nach Wahl der Erregerkraftamplituden können sich die unterschiedlichen, in 9 dargestellten gestrichelten oder durchgezogenen Phasenkurven ergeben.
• 10 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingungsprüfeinrichtung. Hier ist ein Prüfling 113 in Form einer Kurbelwelle 121 in einem, ebenfalls schematisch dargestellten Kurbelwellengehäuse 128 gelagert, wobei mit der Schwingungsprüfeinrichtung eine Prüfung vorzugsweise des Kurbelwellengehäuses 138 und der Abstützung der Kurbelwelle 121 über die zugeordneten Lager in diesem erfolgt. Möglich ist auch, dass eine Lagerbrücke der Kurbelwelle 121 den Prüfling 113 bildet. Für die dargestellte Ausführungsform stützen sich an der Kurbelwelle 121, vorzugsweise an unterschiedlichen Hubzapfen, die vertikal zur Zeichenebene gemäß 10 versetzt sind, Pleuel 139, 140 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 113 abgewandten Endbereichen sind die Pleuel 139, 140 über ein gegenüber der Umgebung abgestütztes Federelement 141, 142 vorgespannt, wobei die Vorspannung über Vorspanneinrichtungen 143, 144 veränderbar ist, welche die Verschiebung eines Federfußpunkts ermöglichen. Weiterhin ist mit den Pleuel 139, 140 jeweils ein Schwingungsteilsystem 109, 110 gekoppelt, welche als translatorische Schwingungsteilsysteme 145, 146 ausgebildet sind. Die Schwingungsteilsysteme 145, 146 sind jeweils mit einem Federelement sowie einer über das Federelement an die Pleuel 139, 140 angekoppelten Masse gebildet, wobei die Masse in Richtung einer Schwingungsachse 147, 148 gleitend geführt ist. Der Winkel der Schwingungsachsen 147, 148 entspricht hierbei dem Winkel α der Pleuel 139, 140, also dem Winkel der Pleuel in dem V-Motor, welcher in 10 mit dem Bezugszeichen 149 gekennzeichnet ist. Vorzugsweise ist der Winkel 149 veränderbar. Möglich ist hierbei, dass ein Pleuel 139 mit zugeordnetem Schwingungsteilsystem 146 nicht in Umfangsrichtung um die Kurbelwelle 121 verschiebbar angeordnet ist, während das andere Pleuel 140 mit zugeordnetem Schwingungsteilsystem 146 in Umfangsrichtung bewegbar und einstellbar sowie verrastbar oder befestigbar ausgebildet ist. Ebenfalls möglich ist, dass beide Pleuel 139, 140 mit zugeordneten Schwingungsteilsystemen 145, 146 in Umfangsrichtung bewegbar und verstellbar in die Schwingungsprüfeinrichtung 101 integriert sind. Der Antrieb der Schwingungsteilsysteme 145, 146 erfolgt in in 10 nicht dargestellter Weise über den Schwingungsteilsystemen 145, 146 jeweils zugeordnete Aktuatoren 105, 106 mit Ansteuerung über Steuersignale 103, 104, welche einer Steuereinrichtung 102 entstammen, wobei für die Amplituden, Erregerfrequenzen sowie die Phasenverschiebung das zuvor Gesagte gilt. Die Aktuatoren 105, 106 sind hierbei jeweils mit zwei Unwuchterregern ausgebildet. Die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 145, 146 sind einstellbar, was genutzt werden kann, um die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 145, 146 in Übereinstimmung zu bringen. Mittels der Schwingungsteilsysteme 145, 146 wird eine periodisch oszillierende Längskraft mit gleicher Frequenz und einer vorgegebenen Phasenverschiebung auf die Pleuel 139, 140 aufgebracht, wobei die Längskraft in Richtung der Längsachsen der Pleuel 139, 140 orientiert ist und über die Pleuel 139, 140 auf die Kurbelwelle 121 als erste und zweite Belastung 111, 112 übertragen werden. Eine Dimensionierung der Vorspannung der Federelemente 141, 142 über die Vorspanneinrichtungen 143, 144 und der Gesamt-Unwuchtkräfte, die die Schwingungsteilsysteme 145, 146 zu Schwingungen anregen, kann beliebig erfolgen, so dass beispielsweise eine Schwingung um einen Mittelwert derart erfolgt, dass in dem Pleuel 139 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 139, 140 umkehrt, wofür die Amplitude der durch die Schwingung erzeugten Kraft größer ist als die Vorspannung.
• Im einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechen die Erregerfrequenzen Ω der Aktuatoren 105, 106 den übereinstimmenden Resonanzfrequenzen ω der Schwingungsteilsysteme 109, 110. Von den erfindungsgemäßen Vorteilen kann grundsätzlich auch Gebrauch gemacht werden, wenn die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 nicht exakt übereinstimmen und/oder die Erregerfrequenz der Gesamt-Unwuchtkräfte geringfügig abweicht von der Resonanzfrequenz mindestens eines Schwingungsteilsystems 109, 110. Entscheidend ist, dass eine Resonanzüberhöhung der Übertragungsfunktionen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 in hinreichendem Ausmaß ausgenutzt wird, um mit kleiner Anregungsenergie verhältnismäßig große Amplituden der Schwingungen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 herbeizuführen. Dieser Sachverhalt ist in 11 exemplarisch dargestellt, in welcher die Übertragungsfunktionen 150, 151 der Schwingungsteilsysteme 109, 110 dargestellt sind, wobei die Resonanzfrequenzen 154, 155 der Übertragungsfunktionen 150, 151 geringfügig zueinander versetzt sind, wobei aber dennoch die Übertragungsfunktionen hinreichend überlappende Resonanzüberhöhungen besitzen. Die in 11 gestrichelt dargestellte Linie zeigt ein Resonanzüberhöhungsniveau 152 an, im Bereich dessen oder oberhalb dessen die Schwingungsteilsysteme 109, 110 betrieben werden sollen. Die Schnittpunkte des gestrichelt dargestellten Resonanzüberhöhungsniveaus 152 mit den Übertragungsfunktionen 150, 151 geben einen Anregungsfrequenzbereich 153 vor, für welchen bei Wahl einer Anregungsfrequenz in diesem Anregungsfrequenzbereich 153 die Resonanzüberhöhung zumindest dem Resonanzüberhöhungsniveau 152 entspricht oder größer als dieses ist. Vorzugsweise weichen die Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 maximal um 10%, beispielsweise maximal um 5% und vorzugsweise um maximal 2% voneinander ab, wobei die gewählte Anregungsfrequenz für die beiden Schwingungsteilsysteme 109, 110 ebenfalls um die vorgenannten Prozentbereiche maximal von zumindest einer der Resonanzfrequenzen der Schwingungsteilsysteme 109, 110 abweicht.
• In abgewandelter Ausgestaltung können die Schwingungsteilsysteme 109, 110 mit unterschiedlichen Erregerfrequenzen betrieben werden, die aber jeweils ungefähr den Resonanzfrequenzen 154, 155 entsprechen. In diesem Fall können auch die Resonanzfrequenzen 154, 155 stärker oder deutlicher voneinander abweichen als dies in 11 der Fall ist, wobei die Resonanzüberhöhungen auch keine Überlappungen besitzen können.
• Erfindungsgemäß erfolgt vorzugsweise eine Vorgabe mindestens einer Erregerfrequenz, ohne dass eine Regelung der Amplitude der Gesamt-Unwuchtkraft zwingend erforderlich ist. Allerdings ist durchaus möglich, dass die Systemantwort der Schwingungsteilsysteme 109, 110 überwacht wird und zur Vermeidung von Beschädigungen oder zu großen Schwingungsamplituden eine Regelung der Amplitude der Gesamt-Unwuchtkraft erfolgt. Zu diesem Zweck können Wegsensoren oder Kraftsensoren in die Schwingungsteilsysteme 109, 110 integriert sein. In dem Schwingungssystem 101 gemäß 5 und 6 ist vorzugsweise die Masse bzw. das Massenträgheitsmoment der Massen 115, 117 größer als das der Masse 123. Die Aktuatoren 106a, 106b werden gegenläufig mit einer Phasenverschiebung von 180° angesteuert. Hingegen werden die Aktuatoren 105a, 105b gleichläufig beaufschlagt.
• 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, 101 erfolgen. Ebenfalls ist die Erfindung nicht eingeschränkt auf die Ausbildung der Schwingungsprüfeinrichtung 101 mit den Schwingungsteilsystemen 109, 110 als Biege-Schwingungssystem sowie Torsions-Schwingungssystem oder mit zwei translatorischen Schwingungsteilsystemen – vielmehr können beliebige in Resonanz betriebene Schwingungsteilsysteme im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
• Für die Ausführungsform gemäß 10 beträgt beispielsweise die über die Federelemente 141, 142 erzeugte statische Vorlast 10 kN, während mittels der Schwingungsteilsysteme 145, 146 eine oszillierende Last mit einer Amplitude von 20 kN erzeugt wird. Möglich ist, dass über die Schwingungsprüfeinrichtung 101 gemäß 10 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. Da die Aktuatoren 105, 106 jeweils mit den beiden Unwuchterregern ausgebildet sind, kann eine feinfühlige Einstellung der Erregerfrequenz und Anpassung derselben an die Resonanzfrequenzen in den Schwingungsteilsystemen 109, 110 erfolgen, während unabhängig hiervon eine unabhängige Regelung der Amplituden der Gesamt-Unwuchtkräfte erfolgen kann. Insbesondere gegenüber hydraulisch pulsierenden Aktuatoren hat die Ausbildung der Aktuatoren 105, 106 mit jeweils zwei Unwuchterregern 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.
• In der Beschreibung ist lediglich eine Belastung des Prüfling 13, 113 über einen oder zwei Resonanzprüfaktuatoren beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch mehr als zwei Resonanzprüfaktuatoren Einsatz finden zur Überlagerung von mehr als zwei Belastungen.
• Bezugszeichenliste

1

Schwingungsprüfeinrichtung

2

Steuereinrichtung

3

Steuersignal

5

Aktuator

7

Gesamt-Unwuchtkraft

9

Schwingungs(teil-)system

11

Belastung

13

Prüfling

14

Feder

15

Baueinheit

16

Gehäuse

17

Unwuchterreger

18

Unwuchterreger

19

Unwuchtmasse

20

Unwuchtmasse

21

Unwuchtmasse

22

Unwuchtmasse

23

resultierende Unwuchtkraft

24

resultierende Unwuchtkraft

25

Gesamt-Unwuchtkraft

26

Antriebsaggregat

27

Antriebsaggregat

28

Antriebsaggregat

29

Antriebsaggregat

30

Kopplungs- und Führungselement

57

Federelement

58

Umgebung

101

Schwingungsprüfeinrichtung

102

Steuereinrichtung

103

Steuersignal

104

Steuersignal

105

Aktuator

106

Aktuator

107

Gesamt-Unwuchtkraft

108

Gesamt-Unwuchtkraft

109

Schwingungsteilsystem

110

Schwingungsteilsystem

111

erste Belastung

112

zweite Belastung

113

Prüfling

114

Torsions-Schwingungssystem

115

Masse

116

Federelement

117

Masse

118

Drehscheibe

119

Federelement

120

Haltevorrichtung

121

Kurbelwelle

122

Haltevorrichtung

123

Masse

124

Drehscheibe

125

Längs- und Torsionsachse

126

Biege-Schwingungssystem

127

Hubzapfen

128

Wange

129

Wange

130

Einstelleinrichtung

131

Zusatzmasse

132

Zusatzmasse

133

Abstand

134

Spindelwelle

135

Übertragungsfunktion

136

Übertragungsfunktion

137

Erregerfrequenz

138

Kurbelwellengehäuse

139

Pleuel

140

Pleuel

141

Federelement

142

Federelement

143

Vorspanneinrichtung

144

Vorspanneinrichtung

145

translatorisches Schwingungsteilsystem

146

translatorisches Schwingungsteilsystem

147

Schwingungsachse

148

Schwingungsachse

149

Winkel

150

Übertragungsfunktion

151

Übertragungsfunktion

152

Resonanzüberhöhungsniveau

153

Anregungsfrequenzbereich

154

Resonanzfrequenz

155

Resonanzfrequenz

156

Abstand

157

Federelement

158

Umgebung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 2361183 B2 [0002]
• DE 202007018292 U1 [0002]
• DE 4130231 A1 [0003]
• DE 4225564 C1 [0003]
• DE 10308094 A1 [0004]
• EP 1527826 A1 [0005]
• DE 1573932 A [0006]
• DE 202005011615 U1 [0008]
• DE 69131185 T2 [0009]
• DE 3538229 C2 [0010, 0010]
• DE 2913681 C2 [0011]
• DE 102010027897 [0012]

Claims (20)

1. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) für die mechanische Beaufschlagung eines Prüflings (13; 113) mit einer periodisch oszillierenden Belastung (11; 111, 112) mit a) einem Resonanzprüfaktuator, der mit einem Schwingungssystem (9: 109, 110) und einem zur Schwingungsanregung mit dem Schwingungssystem (9; 109, 110) gekoppelten Aktuator (5; 105, 106) gebildet ist, b) wobei der Aktuator (5; 105, 106) das Schwingungssystem (9; 109, 110) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω₁) angeregt wird, die der Resonanzfrequenz (ω₁) des Schwingungssystems (9; 109, 110) entspricht, wodurch die periodisch oszillierende Belastung (11; 111, 112) des Prüflings (13; 113) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5; 105, 106) mit c) einem ersten Unwuchterreger (17) mit zwei gegenläufig mit einer Frequenz Ω₁ rotierenden Unwuchtmassen (19, 20), welche eine erste resultierende Unwuchtkraft (23) erzeugen, und d) einem zweiten Unwuchterreger (18) mit zwei gegenläufig mit der Frequenz Ω₁ rotierenden Unwuchtmassen (21, 22), welche eine zweite resultierende Unwuchtkraft (24) erzeugen, gebildet ist, e) wobei der erste Unwuchterreger (17) und der zweite Unwuchterreger (18) derart orientiert sind, dass die erste resultierende Unwuchtkraft (23) und die zweite resultierende Unwuchtkraft (24) denselben Richtungssinn besitzen und f) eine Steuereinrichtung (2; 102) vorhanden ist, über welche die relative Phasenlage der ersten resultierenden Unwuchtkraft (23) gegenüber der zweiten resultierenden Unwuchtkraft (24) vorgebbar und veränderbar ist.
2. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchterreger (17, 18) eine Baueinheit (15) bilden.
3. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchterreger (17, 18) jeweils als singuläre Baueinheiten ausgebildet sind, welche über ein Kopplungselement miteinander koppelbar sind.
4. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Unwuchtmassen (19, 20) des ersten Unwuchterregers (17) von einem gemeinsamen ersten Antriebsaggregat antreibbar sind, b) die Unwuchtmassen (21, 22) des zweiten Unwuchterregers (18) von einem gemeinsamen zweiten Antriebsaggregat antreibbar sind und c) die Steuereinrichtung (2; 102) sowohl das erste als auch das zweite Antriebsaggregat ansteuert.
5. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der vier Unwuchtmassen (19, 20, 21, 22) jeweils von einem Antriebsaggregat (26, 27, 28, 29) angetrieben wird und die Steuereinrichtung (2; 102) die Antriebsaggregate (26, 27, 28, 29) der vier Unwuchtmassen (19, 20, 21, 22) ansteuert.
6. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Antriebsaggregate (26, 27, 28, 29) die vier Unwuchtmassen (19, 20, 21, 22) mit einer Antriebsdrehzahl von mehr als 3000 U/min, insbesondere von mehr als 8000 U/min, antreibbar sind.
7. Schwingungsprüfeinrichtung (1; 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (13; 113) in das Schwingungssystem (9; 109, 110) integriert ist oder mit dem Schwingungssystem (9; 109, 110) gekoppelt ist.
8. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (113) mit einer ersten periodisch oszillierenden Belastung (111) und einer zweiten periodisch oszillierenden Belastung (112), welche der ersten Belastung (111) überlagert ist und eine andere Wirkung besitzt als die erste Belastung (112), beansprucht ist, mit a) einem ersten Resonanzprüfaktuator, der ein erstes Schwingungsteilsystem (109) und einen zur Schwingungsanregung mit dem ersten Schwingungsteilsystem (109) gekoppelten ersten Aktuator (105), der mit zwei Unwuchterregern (117, 118) gebildet ist, aufweist, wobei das erste Schwingungsteilsystem (109) über den ersten Aktuator (105) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω₁) angeregt wird, wodurch die erste periodisch oszillierende Belastung (111) erzeugt wird, b) einem zweiten Resonanzprüfaktuator, der ein zweites Schwingungsteilsystem (110) und einen zur Schwingungsanregung mit dem zweiten Schwingungsteilsystem (110) gekoppelten zweiten Aktuator (106), der mit zwei Unwuchterregern (117, 118) gebildet ist, aufweist, wobei das zweite Schwingungsteilsystem (110) über den zweiten Aktuator (106) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω₂) angeregt wird, wodurch die zweite periodisch oszillierende Belastung (112) erzeugt wird, wobei c) das erste Schwingungsteilsystem (109) und das zweite Schwingungsteilsystem (110) gegenüber der Abstützung des Prüfling (113) gegenüber der Umgebung (158) schwingen und d) eine Steuereinrichtung (102) vorgesehen ist, über welche der erste Aktuator (105) und der zweite Aktuator (106) angesteuert werden.
9. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (105) und der zweite Aktuator (106) von einer gemeinsamen Steuereinrichtung (102) angesteuert werden.
10. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Schwingungsteilsystem (109) eine erste Resonanzfrequenz (ω₁) besitzt, b) das erste Schwingungsteilsystem (109) über den ersten Aktuator (105) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω₁) ungefähr bei der ersten Resonanzfrequenz (ω_i) angeregt wird, c) das zweite Schwingungsteilsystem (110) eine zweite Resonanzfrequenz (ω₂) besitzt, und d) das zweite Schwingungsteilsystem (110) über den zweiten Aktuator (106) zu Schwingungen mit einer Erregerfrequenz (Ω₂) ungefähr bei der zweiten Resonanzfrequenz (ω₂) angeregt wird.
11. Schwingungsprüfeinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (ω₁) des ersten Schwingungsteilsystems (109) und die Resonanzfrequenz (ω₂) des zweiten Schwingungsteilsystems (110) ungefähr übereinstimmen und die Steuereinrichtung (102) geeignet ausgebildet ist, so dass der erste Aktuator (105) und der zweite Aktuator (106) 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.
12. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss in dem ersten Schwingungsteilsystem (109; 114) und/oder dem zweiten Schwingungsteilsystem (110; 126) über den Prüfling (113) verläuft, so dass die Steifigkeit des ersten Schwingungsteilsystems (109; 114) und/oder des zweiten Schwingungsteilsystems (110; 126) von dem Prüfling (113) abhängig ist.
13. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einstelleinrichtung (130) für die erste Resonanzfrequenz (ω₁) des ersten Schwingungsteilsystems (109; 114) und/oder für die zweite Resonanzfrequenz (ω₂) des zweiten Schwingungsteilsystems (110; 126) vorgesehen ist.
14. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einstelleinrichtung (130) eine schwingende Masse oder ein Massenträgheitsmoment eines Schwingungsteilsystems (109; 110) veränderbar ist.
15. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass über die Einstelleinrichtung (130) eine Steifigkeit eines Schwingungsteilsystems (109; 110) veränderbar ist.
16. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Schwingungsteilsystem (109) ein Torsions-Schwingungsteilsystem (114) ist und b) das zweite Schwingungsteilsystem (110) ein Biege-Schwingungsteilsystem (126) ist.
17. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Torsions-Schwingungsteilsystem (114) mit zwei Rotationsschwingungen ausführenden Massen (117; 123) gebildet ist, welche über den auf Torsion beanspruchten Prüfling (113) miteinander gekoppelt sind, und b) zur Bildung des Biege-Schwingungsteilsystems (128) zwischen den beiden Rotationsschwingungen ausführenden Massen (117; 123) abseits der Längsachse (125) des Prüflings (113) ein Aktuator (106) wirkt, welcher eine Kraft erzeugt, die parallel zur Längsachse (125) des Prüflings (113) orientiert ist und ein Biegemoment auf den Prüfling (113) aufbringt.
18. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwingungsteilsystem (109) sowie das zweite Schwingungsteilsystem (110) jeweils als Schwingungsteilsystem (145, 146) mit translatorischem Freiheitsgrad ausgebildet sind mit Schwingungsachsen (147, 148), welche zueinander versetzt sind oder um einen Winkel α zueinander geneigt sind.
19. Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α der Schwingungsachsen (147, 148) veränderbar ist.
20. Verwendung einer Schwingungsprüfeinrichtung (101) nach Anspruch 18 oder 19 für die Prüfung von Kurbelwellen (121), Kurbelwellenlagern oder Kurbelwellengehäusen (138).

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