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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prüfstand für die dynamische Überprüfung einer einzelnen Fahrwerkskomponente oder eines vollständigen Achssystems eines Kraftfahrzeugs, sowie auf ein Verfahren zum Überprüfen auf Selbigem.
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Für die Entwicklung von Fahrwerken im Hinblick auf das gewünschte dynamische Verhalten des Fahrzeugs sowie die Beurteilung der Komfortsituation für die Fahrzeuginsassen ist die möglichst genaue Kenntnis des Zusammenspiels der einzelnen Bauteile des Fahrwerks, und hier insbesondere des Federbeins, mit den übrigen Bauteilen des Fahrwerks, sowie die Erfassung der dabei vom Fahrwerk an die Karosserie eingeleiteten Kräfte und Schwingungen von besonderer Bedeutung. Eine Überprüfung dieser Größen in einem Versuchsträger gestaltet sich vor dem Hintergrund der eingeschränkten Zugänglichkeit der Fahrwerkskomponenten, des begrenzten Einbauraums für die zugehörige Messtechnik sowie der dadurch erst zu einem sehr späten Zeitpunkt der Fahrzeugentwicklung möglichen Messung jedoch als schwierig.
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Deshalb ist es zum einen erforderlich, dynamische Federbeinkennwerte objektiv und reproduzierbar unter möglichst realitätsnahen Bedingungen zu messen. Zum anderen erlaubt erst das in einem Teilzusammenbau oder in der kompletten Achse des Fahrzeugs montierte Federbein eine Aussage über die vom Fahrwerk an die Karosserie übertragenen Kräfte und Schwingungen, welche wiederum wesentlich von der Elastokinematik des Federbeins im eingebauten Zustand unter Belastung abhängen.
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Die
DE 601 33 799 T2 offenbart einen Prüfstand zur Untersuchung von Fahrwerksbauteilen, mit dessen Hilfe eine Analyse der Radbewegungscharakteristika (zum Beispiel Radsturz, Spurweite und Nachlauf) bei einem Einzelradaufhängungssystem im Hinblick auf den Einfluss unterschiedlicher Montagepositionen und der Länge von Verbindungselementen in einem Lenkungssystem und einem Aufhängungssystem, sowie die Erfassung der zugehörigen Radkinematik des angeregten Rads auf dem Prüfstand möglich ist.
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Ergänzend sei noch auf die Druckschrift
WO 2007/133601 A2 verwiesen, welche einen Prüfstand für eine Karosserie beschreibt, bei dem jedes Rad einzeln auf einen zugehörigen Stempel gesetzt und von diesem in vertikaler Richtung angeregt wird, wobei des Weiteren Aktuatoren zum Aufbringen von Längs- bzw. Seitenkräften auf die Karosserie vorgesehen sind.
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Weitere Prüfstände die eine Untersuchung von Fahrwerksbauteilen ermöglichen sind aus dem druckschriftlichen Stand der Technik gemäß der
US 5 241 856 A , der
DE 27 23 527 A1 und der
JP H04 - 264 226 A bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Prüfstand zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens sowohl einzelner Komponenten eines Fahrwerks mit beliebiger Konfiguration als auch eines vollständigen Achssystems eines Fahrwerks für ein Kraftfahrzeug, welche jeweils mittels lediglich einer einzigen Aktuatorik angeregt werden, sowie ein Verfahren zur dynamischen Prüfung selbiger auf diesem Prüfstand bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Prüfstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass durch die unterschiedliche Ausrichtung der einzelnen Fahrwerkskomponente und des vollständigen Achssystems im eingebauten Zustand eine dynamische Überprüfung dieser beiden auf einem einzigen Prüfstand möglich ist.
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Somit können die Komforteigenschaften einer einzelnen Fahrwerkskomponente sowie das zugehörige komplette Achssystem auf einfache und reproduzierbare Weise überprüft werden. Des Weiteren können mit Hilfe des vorliegenden Prüfstands einzelne Fahrwerkskomponenten unterschiedlicher Hersteller objektiv miteinander verglichen und deren Auswirkung auf das komplette Achssystem beurteilt werden. Dadurch kann auch dessen bzw. deren vorstehend beschriebener Einbau in einen Versuchsträger entfallen, wobei im Rahmen der dynamischen Prüfung auf dem erfindungsgemäßen Prüfstand die Komforteigenschaften dennoch unter realitätsnahen Bedingungen durch die geeignete Wahl der dynamischen Anregungen ermittelt werden können.
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Die Einbaurichtung der einzelnen Fahrwerkskomponente wird zumeist durch dessen Längsrichtung vorgegeben und kann jedoch auch von dieser verschieden sein. Die Einbaurichtung des vollständigen Achssystems entspricht zumeist der Längsrichtung der Vorder- bzw. Hinterachse des Achssystems und kann jedoch auch von dieser verschieden sein. Der Aktuator ist dann im Bereich des Schnittpunkts dieser beiden Einbaurichtungen mit dem jeweils zu prüfenden Komponente bzw. dem vollständigen Achssystem gekoppelt. Vorzugsweise sind die beiden Einbaurichtungen jeweils senkrecht zueinander, können jedoch auch in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein.
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Der Aktuator kann im Fall der einzelnen Fahrwerkskomponente mit einem freien Ende der Fahrwerkskomponente gekoppelt sein, und im Fall des vollständigen Achssystems beispielsweise mit der Bremse bzw. mit der Bremsscheibe oder einem Rad, welches an der Bremse montiert ist, gekoppelt sein, so dass das zu prüfende Bauteil bzw. die Baugruppe von dem Aktuator dynamisch angeregt wird.
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Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung angrenzend an den Aufnahmebereich angeordnet ist. Dadurch kann ein kompakter Aufbau für den vorliegenden Prüfstand erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung im Wesentlichen oberhalb des Aufnahmebereichs angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine senkrechte Ausrichtung der jeweiligen Einbaurichtungen der zu prüfenden Bauteile bzw. Baugruppen zueinander.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Aktuator angrenzend an den Aufnahmebereich und im Wesentlichen unterhalb der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine dynamische Überprüfung der eingebauten einzelnen Fahrwerkskomponente entlang von deren Längsrichtung mit Hilfe des Aktuators. Zusätzlich dazu ermöglicht diese Anordnung die dynamische Überprüfung des vollständigen Achssystems, wobei der Aktuator dieses dann in besonders einfacher Weise im Bereich der Bremse bzw. eines eingebauten Rades anregen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Aktuator zumindest abschnittsweise entlang von dessen Längsrichtung vollständig von dem Prüfstandskörper umgeben ist. Diese Anordnung erlaubt eine kompakte Dimensionierung des Prüfstands, bei welcher der Aktuator möglichst nahe an den Aufnahmebereich angeordnet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zusätzlich eine Luftfederlagerung zur Schwingungsdämpfung des Prüfstandskörpers vorgesehen ist, wobei die Eigenfrequenz der zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung zwischen einer ersten Eigenfrequenz und einer zweiten Eigenfrequenz umschaltbar ist. Dadurch werden Messergebnisse für das zu prüfende Bauteil bzw. die Baugruppe mit größtmöglicher Genauigkeit erzielt, sofern dessen bzw. deren Prüfungsfrequenz im Bereich der ersten bzw. zweiten Eigenfrequenz der Luftfedern liegt, wobei dann jeweils die andere Eigenfrequenz der Luftfedern der Luftfederlagerung eingestellt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anregung sowohl der einzelnen Fahrwerkskomponente als auch des vollständigen Achssystems durch den Aktuator im Wesentlichen in vertikaler Richtung erfolgt. Dies erlaubt eine einfache Abbildung der dynamischen Anregung des Bauteils bzw. der Baugruppe, welche in einem Versuchsträger messtechnisch einfach erfassbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anregung sowohl der einzelnen Fahrwerkskomponente als auch des vollständigen Achssystems durch den Aktuator zusätzliche Anregungskomponenten aufweist, die in einer Ebene liegen, welche parallel zu dem Aufnahmebereich ist.. Dadurch können weitere Anregungskomponenten für die dynamische Prüfung des zu prüfenden Bauteils bzw. der Baugruppe mit Hilfe des Aktuators realisiert werden, so dass die realitätsnahe Anregung und demzufolge die Genauigkeit der gemessenen Komforteigenschaften des zu prüfenden Bauteils bzw. der Baugruppe in vorteilhafter Weise gesteigert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung für die einzelne Fahrwerkskomponente ein Querhaupt zum Koppeln eines Endabschnitts der einzelnen Fahrwerkskomponente aufweist. Das Querhaupt ist derart in Bezug auf den Aktuator angeordnet, so dass die einzelne Fahrwerkskomponente vorzugsweise von diesem in der Längsrichtung der einzelnen Fahrwerkskomponente anregt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Querhaupt höhenverstellbar in Bezug auf den Aktuator ist. Damit lassen sich einzelne Fahrwerkskomponenten mit unterschiedlichen Einbaumaßen in einfacher Art und Weise auf dem Prüfstand dynamisch untersuchen. Des Weiteren ist es dadurch möglich, an die einzelne Fahrwerkskomponente weitere Bauteile zur Verbindung mit der Karosserie bzw. dem Fahrwerk im Rahmen der dynamischen Überprüfung anzubringen, so dass deren Einfluss auf die Elastokinematik der einzelnen Fahrwerkskomponente erfasst und beurteilt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Eigenfrequenz des Querhaupts größer als die größte Prüffrequenz des Prüfstands ist. Diese Auslegung stellt während der dynamischen Untersuchung der einzelnen Fahrwerkskomponente sicher, dass die Eigenfrequenz des Querhaupts die erfassten Messgrößen nicht beeinflussen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Aktuator ein servohydraulischer Pulser ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Aktuator für die dynamische Überprüfung der einzelnen Fahrwerkskomponente oder des vollständigen Achssystems eine Anregungsfrequenz von 0,001 Hz bis 100 Hz erzeugt. Dieses Anregungsspektrum ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine dynamische Überprüfung der zu prüfenden Bauteile bzw. der Baugruppe sowohl bei geringen Anregungsfrequenzen als auch in Fahrsituationen, welche durch eine besonders hohe Dynamik geprägt sind, wobei beide Anregungsszenarien auf einem einzigen Prüfstand realisiert werden können, wodurch die Vergleichbarkeit der ermittelten Messwerte im Hinblick auf die Beurteilung der Komforteigenschaften sichergestellt werden kann.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum dynamischen Überprüfen von einer einzelnen Fahrwerkskomponente oder eines vollständigen Achssystems an einem Prüfstand für die dynamische Überprüfung von einer einzelnen Fahrwerkskomponente oder eines vollständigen Achssystems beansprucht, welcher einen Prüfstandskörper, eine Befestigungsvorrichtung und einen Aktuator aufweist, mit den folgenden Schritten: Aufnehmen des vollständigen Achssystems mit Hilfe des Prüfstandskörpers an einem Aufnahmebereich des Prüfstandskörpers, wobei das vollständige Achssystem in einer ersten Einbaurichtung in dem Aufnahmebereich angeordnet ist; oder ortsfestes Aufnehmen der einzelnen Fahrwerkskomponente mit Hilfe der Befestigungsvorrichtung, wobei die einzelne Fahrwerkskomponente in einer zweiten Einbaurichtung, die von der ersten Einbaurichtung verschieden ist, an der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist; dynamisches Anregen der einzelnen Fahrwerkskomponente oder des vollständigen Achssystems mit Hilfe des Aktuators, wobei der Aktuator derart angeordnet ist, dass dieser mit der einzelnen Fahrwerkskomponente oder dem vollständigen Achssystem im Bereich des Schnittpunkts der ersten Einbaurichtung mit der zweiten Einbaurichtung gekoppelt ist.
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Das Verfahren zum dynamischen Überprüfen kann zusätzlich mit die Schritte des Festlegens einer Prüffrequenz zum dynamischen Überprüfen der einzelnen Fahrwerkskomponente oder des vollständigen Achssystems; des Feststellens, ob die Prüffrequenz im Wesentlichen mit einer ersten Eigenfrequenz von zugehörigen Luftfedern einer Luftfederlagerung des Prüfstands oder einer zweiten Eigenfrequenz der zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung des Prüfstands identisch ist; und des Festlegens der zweiten Eigenfrequenz für die zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung des Prüfstands, falls die Prüffrequenz im Wesentlichen mit der ersten Eigenfrequenz der zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung des Prüfstands identisch ist; und des Festlegens der ersten Eigenfrequenz für die zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung des Prüfstands, falls die Prüffrequenz im Wesentlichen mit der zweiten Eigenfrequenz der zugehörigen Luftfedern der Luftfederlagerung des Prüfstands identisch ist, umfassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite eines Prüfstands gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Prüfstands gemäß 1;
- 3 eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung einer einzelnen Fahrwerkskomponente;
- 4 eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung eines vollständigen Achssystems; und
- 5 eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung eines vollständigen Achssystems, wobei die Anregung des Achssystems über einen Reifen erfolgt.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht der Vorderseite bzw. der Rückseite eines Prüfstands gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Prüfstand 10 weist einen Prüfstandskörper 30 auf, welcher auf seiner Unterseite eine seismische Masse 31 aufweist, welche zur Dämpfung der Schwingung des Prüfstandkörpers 30 dient, die durch einen Aktuator 20 während einer dynamischen Prüfung einer während einzelnen Fahrwerkskomponente (nicht dargestellt) oder eines vollständigen Achssystems (nicht dargestellt) auf diesen eingeleitet werden. Die seismische Masse 31 ist mit dem Prüfstandskörper 30 in herkömmlicher Art und Weise gekoppelt. Im Bereich der Ecken des Prüfstandskörpers 30 sind jeweils Luftfedern 60, 70, 80, 90 unterhalb des Prüfstandskörpers 30 angeordnet, welche eine Übertragung der Schwingungen des Prüfstandskörpers 30 während der dynamischen Überprüfung der zu prüfenden Bauteile bzw. der Baugruppe in das Fundament des Aufbauorts des Prüfstands 10 verhindern.
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Der Prüfstandskörper 30 ist ein im Wesentlichen plattenförmiges Bauteil, welches eine Ausnehmung im Bereich seiner Vorderseite aufweist, durch welche sich der Aktuator 20 erstreckt. Der Prüfstandskörper 30 weist im Bereich seiner Rückseite einen Aufnahmebereich 40 auf, welcher zum Befestigen des vollständigen Achssystems an dem Prüfstandskörper 30 vorgesehen ist. Der Aufnahmebereich 40 weist eine Vielzahl von Nuten auf, welche sich in der Längsrichtung des Prüfstandskörpers 30 erstrecken. Angrenzend an den Aufnahmebereich 40 weist der Prüfstand 10 im Bereich der Oberseite des Prüfstandskörpers 30 eine Befestigungsvorrichtung 50 auf, welche zum ortsfesten Aufnehmen der einzelnen Fahrwerkskomponente vorgesehen ist. Die Befestigungsvorrichtung 50 weist ein Querhaupt 100 auf, welches an seinen Längsende jeweils von einer Führungssäule 110, 120 geführt wird und dadurch entlang der Längsrichtung der Führungssäulen 110, 120 verschiebbar ist. Des Weiteren weist das Querhaupt 100 einen Verriegelungsmechanismus (nicht dargestellt) auf, welcher zum Festsetzen des Querhaupts 100 in Längsrichtung der Führungssäule 110, 120 dient. Die Führungssäulen 110, 120 sind im Bereich von deren freien Längsende von einem Querträger 130 überspannt, welcher die beiden Führungssäulen 110,120 miteinander verbindet. Die Längsenden des Querträgers 130 sind jeweils mit einer Stützstrebe 140, 150 verbunden, welche wiederum mit der Oberseite des Prüfstandskörpers 30 verbunden sind, wobei diese geneigt angeordnet sind.
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Ein Aktuator 20, welcher vorzugsweise als ein servohydraulischer Pulser ausgebildet ist, ist im Wesentlichen unterhalb der Befestigungsvorrichtung 50 und im Bereich des Aufnahmebereichs 40 angeordnet, wobei die Längsrichtung des Aktuators 20 im Wesentlichen mit einer zweiten Einbaurichtung R2 für die einzelne Fahrwerkskomponente identisch ist bzw. zumindest parallel zu dieser ist. Des Weiteren wird das vollständige Achssystem auf dem Aufnahmebereich 40 derart befestigt, dass dieses dann in einer ersten Einbaurichtung R1 angeordnet ist, wobei sich die erste Einbaurichtung R1 und die zweite Einbaurichtung R2 in einem Schnittpunkt S schneiden. Folglich ist die erste Einbaurichtung R1 von der zweiten Einbaurichtung R2 verschieden. Der Aktuator 20 ist zusätzlich im Bereich der Ausnehmung des Prüfstandskörpers 30 angeordnet.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung einer einzelnen Fahrwerkskomponente 200. Die einzelne Fahrwerkskomponente 200 ist beispielweise ein Federbein, welches im Hinblick auf seine Komforteigenschaften im Rahmen einer dynamischen Untersuchung überprüft werden soll. Das Federbein ist dabei im Mittenbereich des Querhaupts 100 angeordnet, wobei ein Längsende des Federbeins ortsfest mit dem Querhaupt 100 gekoppelt ist, während das andere Längsende des Federbeins mit Hilfe eines Kopplungselement 170 mit dem Aktuator 20 gekoppelt ist. Das Querhaupt 100 ist dabei entlang der Längsrichtung der Führungssäulen 140, 150 verschoben und in dieser Position verriegelt, so dass sich das Federbein in dessen Prüfposition befindet. Vorzugsweise ist das Federbein derart mit dem Querhaupt 100 verbunden, dass dessen Längsrichtung zur Längsrichtung des Aktuators 20 parallel ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung eines vollständigen Achssystems 210. Das vollständige Achssystem 210 ist dabei über eine Aufspannvorrichtung 180 mit dem Aufnahmebereich 40 des Prüfstandskörpers 30 gekoppelt. Die Aufspannvorrichtung 180 besteht aus einer Vielzahl von Strangpressprofilen und bildet dabei im Wesentlichen die Verbindungspunkte des vollständigen Achssystems 210 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) nach, so dass die Einbausituation der einzelnen Fahrwerkskomponenten im Rahmen des vollständigen Achssystems 210 realistisch wiedergegeben werden.
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Der Aktuator 20 ist im Bereich eines freien Längsendes des vollständigen Achssystems 210 mit selbigem mit Hilfe eines weiteren Kopplungselements 170 gekoppelt, wobei hier das freie Längsende des vollständigen Achssystems 210 von einer Bremse 190 gebildet wird. Die Anregung des vollständigen Achssystems 210 durch den Aktuator 20 erfolgt in vertikaler Richtung.
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Das Querhaupt 100 ist während der dynamischen Prüfung des vollständigen Achssystems 210 bis zu dem Bereich des Querträgers 130 verschoben, so dass der Einbau des vollständigen Achssystems 210 in bequemer Art und Weise erfolgen kann und gleichzeitig eine Kollision des Querhaupts 100 mit der Bremse 190 während der dynamischen Prüfung verhindert wird.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Prüfstands gemäß 1 während der Überprüfung des vollständigen Achssystems 210 gemäß 4, wobei die Anregung des vollständigen Achssystems 210 über ein Rad 191 erfolgt. Der Aufbau des Prüfstands 10 gemäß 5 ist im Wesentlichen identisch mit dem Aufbau des Prüfstands 10 gemäß 4, wobei lediglich das Kopplungselement 170 in der Art eines Tellers ausgebildet ist, welcher mit dem Rad 191 zusammenwirkt, welcher an die Bremse 190 des vollständigen Achssystems 210 gekoppelt ist. Das Rad 191 steht während der dynamischen Untersuchung des vollständigen Achssystems 210 auf den Teller still.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die vorstehend beschriebenen Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombinierbar. Ferner sei darauf hingewiesen, dass „ein“ eine Mehrzahl nicht ausschließt.
