DE102011087720A1

DE102011087720A1 - Security element for use with rotation drive and component i.e. bearing, in centrifuge test stand for examining coupling part, has base body comprising breaking point that is broken during defined force, where point is arranged between ends

Info

Publication number: DE102011087720A1
Application number: DE102011087720A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Suk; Sebastian Berends; Cédric Blaes
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-06

Abstract

The element (10) has a base body (12) comprising a drive-sided end (16) and a component-sided end (18), where the drive-sided end is connected with a rotation drive. The component-sided end is connected with a rotatable component, and the body has a breaking point (24) that is broken during a defined force, where the breaking point is arranged between the ends. The breaking point has a notch (28), and the body has a cylindrical cross-section. The body is made from cast iron, and a connection unit for connecting the body with the component is arranged at the component-sided end.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für eine Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.The present invention relates to a security element for an arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive component according to the features of claim 1.

Eine Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Bauteil ist beispielsweise aus dem Dokument DE 1 125 206 bekannt. In diesem Dokument ist ein Bauteilprüfstand offenbart, bei dem Prüflinge in einem evakuierten, mit einer Schutzwand ausgekleideten Rezipienten erforderlichenfalls bis über die Bruchgrenze von zentrifugal wirkenden Kräften beansprucht werden. Als Antriebsaggregat kann hier eine kleine Luftturbine dienen, die in einem Deckel angeordnet ist. Der Deckel des Rezipienten ist dabei an der Traverse starr befestigt, in welcher auch die Luftturbine sowie alle Zu- und Ableitungen untergebracht sind. Eine dünne Antriebswelle ragt aus dem den Deckel durchsetzenden Gehäuse der Luftturbine heraus. An ihr ist der Rotor aufgehängt, dessen freier Achszapfen beim Heben eines Topfes in eine Schließlage in ein Lager mit geringer queraxialer Bewegungsfreiheit und Reibungsdämpfung eintaucht und damit gelagert ist. An arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive component is for example from the document DE 1 125 206 known. In this document, a component test bed is disclosed in which test specimens are claimed in an evacuated, lined with a protective wall, if necessary, up to about the breaking point of centrifugally acting forces. As a drive unit can serve here a small air turbine, which is arranged in a lid. The lid of the recipient is rigidly attached to the traverse, in which the air turbine and all inlets and outlets are housed. A thin drive shaft protrudes from the housing passing through the cover of the air turbine. At her the rotor is suspended, the free journals dips when lifting a pot in a closed position in a camp with low transverse axial freedom of movement and friction damping and is thus stored.

Nachteilig an derartigen Ausgestaltungen ist, dass beispielsweise durch plötzlich abberstende Bruchstücke des zu untersuchenden Prüflings eine plötzliche Unwucht an dem zu rotierenden Prüfling entsteht. Dadurch wirken spontane stoßartige Kräfte, die insbesondere bezüglich der Welle radial gerichtet sein können, beispielsweise auf das Lager der Rotationsvorrichtung beziehungsweise auf das Lager des Prüflings. Durch die so wirkenden Kräfte können Beschädigungen an den entsprechenden Lagern oder an dem Rotationsantrieb entstehen, welche zu Reparatur- und Stillstandzeiten führen können, da die Lagerstellen durch einen fehlenden Schutz regelmäßig nach einer auftretenden Unwucht ausgetauscht werden müssen. Zusätzlich zu diesen Lagerausfällen kann sich die Welle selbst verbiegen, was zu einem Austausch der Welle aufgrund einer zu hohen plastischen Verformung führen kann.A disadvantage of such embodiments is that, for example, suddenly abrupt fragments of the test specimen to be examined causes a sudden imbalance on the specimen to be rotated. As a result, spontaneous impact-like forces act, which can be directed radially, in particular with respect to the shaft, for example, to the bearing of the rotary device or to the bearing of the test object. The forces acting in this way can cause damage to the corresponding bearings or to the rotary drive, which can lead to repair and downtime, since the bearing points must be replaced regularly by a lack of protection after an occurring imbalance. In addition to these bearing failures, the shaft itself may bend, which can lead to shaft replacement due to excessive plastic deformation.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Bauteil derart auszugestalten, dass Beschädigungen durch plötzlich auftretende Unwuchten reduziert oder vollständig verhindert werden können. It is therefore an object of the present invention, an arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive component in such a way that damage can be reduced by sudden imbalances or completely prevented.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Sicherheitselement für eine Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a security element for an arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive component with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement kann insbesondere Anwendung finden in einer Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Bauteil. Ein Rotationsantrieb kann dabei ein Antrieb, wie etwa ein Motor, sein, welcher eine Rotationskraft aufbringen und dadurch einen Körper beziehungsweise ein Bauteil in Rotation versetzen kann. Dazu kann das rotierbare Bauteil beispielsweise gelagert und, etwa über eine Welle, kraftschlüssig mit dem Rotationsantrieb beziehungswiese einem rotierenden Teil des Rotationsantriebs, verbunden sein oder aber es können weitere Zwischenelemente zwischen dem Rotationsantrieb beziehungswiese dem zu rotierenden Bauteil und der Welle angeordnet sein, wie etwa Kupplungsbauteile oder Getriebebauteile.A security element according to the invention can be used, in particular, in an arrangement with a rotary drive and a component rotatable by the rotary drive. A rotary drive can be a drive, such as a motor, which can apply a rotational force and thereby set a body or a component in rotation. For this purpose, the rotatable component, for example, stored and, for example via a shaft, non-positively connected to the rotary drive bewegungswiese a rotating part of the rotary drive, or it may be further intermediate elements between the rotation drive the meadowungsbriese to be rotated component and the shaft may be arranged, such as coupling components or transmission components.

Das Sicherheitselement umfasst einen Grundkörper mit einem antriebseitigen Ende und einem bauteilseitigen Ende, wobei das antriebseitige Ende mit dem Rotationsantrieb verbindbar ist und wobei das bauteilseitige Ende mit dem rotierbaren Bauteil verbindbar ist. Dabei kann das antriebseitige Ende beispielsweise direkt und unmittelbar mit dem Rotationsantrieb verbunden sein, oder aber indirekt, etwa über ein weiteres, mit dem Rotationsantrieb verbundenes Element, wie beispielsweise einem Getriebe, einer Kupplung, einem Gelenk oder einer Welle zum Übertragen der Rotationskraft auf das rotierbare Bauteil. Entsprechend kann das bauteilseitige Ende des Grundkörpers direkt mit dem rotierbaren Bauteil, oder indirekt, etwa mit einem mit dem rotierbaren Bauteil verbundenen Element, wie beispielsweise einem Gelenk, verbunden beziehungsweise verbindbar sein.The security element comprises a base body with a drive-side end and a component-side end, wherein the drive-side end can be connected to the rotary drive and wherein the component-side end can be connected to the rotatable component. In this case, the drive-side end may, for example, be directly and directly connected to the rotary drive, or indirectly, for example via another element connected to the rotary drive, such as a gear, a clutch, a joint or a shaft for transmitting the rotational force to the rotatable element component. Correspondingly, the component-side end of the basic body can be connected or connectable directly to the rotatable component, or indirectly, for example to an element connected to the rotatable component, such as a joint.

Dadurch, dass der Grundkörper ein antriebseitiges Ende und ein bauteilseitiges Ende aufweist, kann das Sicherheitselement somit zwischen dem Rotationsantrieb und dem zu rotierenden Element unmittelbar oder durch Zwischenschaltung weiterer Elemente angeordnet sein. Das Sicherheitselement kann somit ein zwischen dem Rotationsantrieb und dem rotierbaren Element angeordneter Flansch sein.Characterized in that the main body has a drive-side end and a component-side end, the security element can thus be arranged between the rotary drive and the element to be rotated directly or by interposition of further elements. The security element can thus be a flange arranged between the rotary drive and the rotatable element.

Das Sicherheitselement kann insbesondere dazu dienen, bei plötzlich auftretenden Unwuchten die Beschädigung der Anordnung beziehungsweise insbesondere von Bauteilen der Anordnung zu verhindern. Insbesondere kann das Sicherheitselement Lager beziehungsweise Lageranordnungen des Rotationsantriebs und/oder des zu rotierenden Elements vor zu großen Kräften schützen. Um die Anordnung beziehungsweise einzelne oder eine Mehrzahl an Bauteilen der Anordnung vor Unwuchtkräften zu schützen, umfasst das Sicherheitselement beziehungsweise der Grundkörper eine Sollbruchstelle, die zwischen dem antriebseitigen Ende und dem elementseitigen Ende des Grundkörpers angeordnet ist. Die Sollbruchstelle ist ferner derart ausgestaltet, dass sie bei einer definierten Kraft bricht. Somit kann durch die Sollbruchstelle ein vordefinierter Bruchbereich des Sicherheitselements realisiert werden. Durch ein Brechen der Sollbruchstelle beziehungsweise durch ein Brechen des Grundkörpers an der Sollbruchstelle werden somit der Rotationsantrieb und das zu rotierende Element voneinander getrennt und sind nicht mehr kraftschlüssig miteinander verbunden. The security element can serve, in particular, to prevent damage to the arrangement or in particular of components of the arrangement in the event of suddenly occurring imbalances. In particular, the security element can protect bearings or bearing arrangements of the rotary drive and / or the element to be rotated from excessive forces. In order to protect the arrangement or individual or a plurality of components of the arrangement from imbalance forces, the security element or the base body comprises a Predetermined breaking point, which is arranged between the drive-side end and the element-side end of the base body. The predetermined breaking point is further configured such that it breaks at a defined force. Thus, by the predetermined breaking point, a predefined breaking area of the security element can be realized. By breaking the predetermined breaking point or by breaking the base body at the predetermined breaking point, the rotary drive and the element to be rotated are thus separated from one another and are no longer connected to one another in a force-fitting manner.

Dadurch kann es durch das erfindungsgemäße Sicherheitselement ermöglicht werden, dass durch eine plötzlich auftretende Unwucht die Kraft nicht mehr uneingeschränkt auf Bauteile der Anordnung, wie etwa die Lager oder die Welle selbst, wirkt. Vielmehr wird die Anordnung aus Rotationsantrieb, Welle und zu rotierendem Bauteil durch ein Brechen der Sollbruchstelle entlastet. Dadurch kann die Anordnung geschont und Beschädigungen sowie damit einhergehende Stillstandzeiten verhindert werden.As a result, it can be made possible by the safety element according to the invention that the force no longer acts unrestrictedly on components of the arrangement, such as the bearings or the shaft itself, as a result of a sudden imbalance. Rather, the arrangement of rotary drive, shaft and rotating component is relieved by breaking the predetermined breaking point. As a result, the arrangement can be protected and damage and associated downtime can be prevented.

Dadurch, dass das Sicherheitselement eine Sollbruchstelle aufweist, kann die Kraft, bei der die Sollbruchstelle bricht, für das gewünschte Anwendungsgebiet und für die verwendeten Materialien, wie beispielsweise Lager, maßgeschneidert werden. Dadurch ist die Kraft welche auf die Bauteile der Anordnung wirken kann, definiert begrenzbar. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Sollbruchstelle bei einer zu geringen Kraft bricht, welche für die Lager oder die Welle, beispielsweise, keine Beschädigungen mit sich bringen würde und welche somit tolerierbar sein kann. Dadurch kann ein nicht notwendiger Bauteilverlust und damit ein notwendiges Austauschen der Welle umfassend die Sollbruchstelle verhindert werden. Wenn die insbesondere durch eine Unwucht auftretende Kraft jedoch die Stabilität der Bauteile der Anordnung, wie etwa der Lager, überschreiten würde, bricht die Sollbruchstelle, was zu dem vorbeschriebene Sicherheitsgewinn führt und die Lebensdauer von Bauteilen, wie insbesondere Lagern, deutlich verlängern kann.Because the security element has a predetermined breaking point, the force at which the predetermined breaking point breaks can be tailored for the desired field of application and for the materials used, such as bearings. As a result, the force which can act on the components of the arrangement defined defines limited. In this way it can be prevented that the predetermined breaking point breaks at too low a force, which, for example, would cause no damage to the bearings or the shaft and which thus can be tolerated. As a result, an unnecessary component loss and thus a necessary replacement of the shaft comprising the predetermined breaking point can be prevented. If, however, the force occurring in particular by an imbalance would exceed the stability of the components of the arrangement, such as the bearings, breaking the predetermined breaking point, which leads to the above safety gain and can significantly extend the life of components, in particular bearings.

Ein derartiges Sicherheitselement kann dabei problemlos in einen Strang zum Übertragen der Rotationskraft von dem Rotationsantrieb auf das rotierbare Element eingebaut werden. Dadurch kann ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement auf einfache Weise in neuen Systemen angewendet aber auch in bestehende Systeme integriert werden. Such a security element can be easily installed in a strand for transmitting the rotational force from the rotary drive to the rotatable element. As a result, a security element according to the invention can be applied in a simple manner in new systems, but can also be integrated into existing systems.

Weiterhin sind Sollbruchstellen in vielen Ausgestaltungen bekannt, so dass für jede Sollbruchkraft eine geeignete Sollbruchstelle auf einfache Weise zu erzeugen ist. Dabei ist das Erzeugen einer Sollbruchstelle auf einfache und kostengünstige Weise möglich, so dass auch das Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung besonders kostengünstig herstellbar ist.Furthermore, predetermined breaking points are known in many embodiments, so that a suitable predetermined breaking point can be generated in a simple manner for each predetermined breaking force. In this case, the generation of a predetermined breaking point in a simple and cost-effective manner possible, so that the safety system according to the present invention is particularly inexpensive to produce.

Folglich bietet ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement insbesondere ein einfach adaptierbares und unwuchtbezogenes Sicherheitselement etwa für Biegekräfte, das in Anordnungen mit rotierenden beziehungsweise drehenden Elementen zum Einsatz kommen kann, bei denen stoßartig auftretende hohe Belastungen beziehungsweise Kräfte während des Betriebs zu erwarten sind beziehungsweise auftreten können. Der Einsatz eines derartigen Sicherheitselements kann dem Schutz von Lagerungseinheiten der vorbeschriebenen Anordnungen im Fall von zu hohen stoßartigen Belastungen führen.Consequently, a security element according to the invention offers, in particular, a simply adaptable and unbalance-related security element, for example for bending forces, which can be used in arrangements with rotating or rotating elements in which jerky high loads or forces are to be expected or occur during operation. The use of such a security element can lead to the protection of storage units of the above-described arrangements in the case of excessive impact loads.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sicherheitselement in einem Bauteilprüfstand, insbesondere in einem Schleuderprüfstand angeordnet. Insbesondere bei einem Bauteilprüfstand, wie etwa in einem Schleuderprüfstand, treten unter Umständen hohe Unwuchten bei gleichzeitig hohen Fliehkräften auf, so dass insbesondere bei einem Schleuderprüfstand die Vorteile des erfindungsgemäßen Sicherheitselements zum Tragen kommen können. Die Implementierung eines Sicherheitselements insbesondere in einen Schleuderprüfstand kann insbesondere deshalb vorteilhaft sein, da die bei einem Berstereignis auftretenden Kräfte rein zufällig und somit schwer oder überhaupt nicht vorhersagbar sind. Daher sind viele Prüfstände nur auf eine gewisse statistische Absicherung ausgelegt, da das theoretische Kräftemaximum schwer umsetzbar ist. Durch das erfindungsgemäße Sicherheitselement kann dabei eine Absicherung auch gegen unerwartet hohe Kräfte realisierbar sein ohne sich auf eine bestimmte maximale Kraftgröße festlegen zu müssen.In a preferred embodiment, the security element is arranged in a component test facility, in particular in a spin test facility. In particular, in a component test, such as in a centrifugal test, may occur high imbalances at the same time high centrifugal forces, so that in particular in a spin test the advantages of the security element according to the invention can come to fruition. The implementation of a security element, in particular in a spin tester, may be advantageous in particular because the forces occurring during a bursting event are purely random and therefore difficult or not at all predictable. Therefore, many test benches are designed only for a certain statistical protection, since the theoretical maximum force is difficult to implement. By means of the security element according to the invention, a safeguard can also be realized against unexpectedly high forces without having to commit to a specific maximum force magnitude.

Unter einem Schleuderprüfstand kann dabei insbesondere ein Bauteilprüfstand verstanden werden, bei dem Prüflinge bis zu ihrer Berstdrehzahl beschleunigt werden. Die dabei losbrechenden Stücke erzeugen während der Rotation eine hohe und insbesondere spontan auftretende Unwuchtkraft, die sich sowohl auf die Welle als Mittel zur Übertragung der Rotationskraft von einem Antrieb auf den rotierbaren Prüfling als auch auf die Lagerstellen auswirkt. Sind nur geringe Unwuchtkräfte vorhanden, bleibt die Sollbruchstelle stabil und kann weiterhin eine Rotation von dem Rotationsantrieb auf den Prüfling übertragen. Im Falle einer zu hohen Unwucht dagegen, wenn etwa ein großes Berststück von dem Prüfling abbricht, wird eine hohe Fliehkraft bewirkt, welche insbesondere radial auf die Lager wirkt und etwa zu einer Durchbiegung der Welle führen kann. Durch die drehzahlbedingte Verstärkung der durch die Unwucht wirkenden Kraft kann diese unwuchtbezogene Kraft die Lager belasten und gegebenenfalls beschädigen. Dies kann jedoch durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Sicherheitselements mit einer Sollbruchstelle verhindert werden.A skid test rig can be understood in particular as meaning a component test rig in which test specimens are accelerated up to their bursting speed. The thereby breaking pieces produce during the rotation of a high and especially spontaneously occurring imbalance force, which affects both the shaft as a means of transmitting the rotational force of a drive on the rotatable test specimen and on the bearings. If only small unbalance forces are present, the predetermined breaking point remains stable and can continue to transmit a rotation from the rotary drive to the test object. In the case of excessive imbalance, however, when about a large Berststück breaks off from the test specimen, a high centrifugal force is effected, which acts in particular radially on the bearings and can lead to about a deflection of the shaft. Due to the speed-related increase in the force acting through the unbalance force, this unbalance-related force can load the bearings and possibly damage. However, this can be achieved by the invention Provision of a security element with a predetermined breaking point can be prevented.

Dabei können die Anforderungen an einen Schleuderprüfstand bezüglich großer Prüflinge und hohen Drehzahlen auch in Kombination mit einer verlängerten Lebensdauer der Lager gerecht werden, da die während des Berstens entstehende Unwuchtenergie mit Hilfe der Sollbruchstelle nach oben begrenzend aufgenommen wird. Der Kraftfluss, resultierend aus der Prüflingsunwuchtstoßkraft, der während der Phase entsteht, erreicht die Lagerung somit nicht mehr, was deren Lebensdauer deutlich verlängert. Das Sicherheitselement kann dabei als Zwischenelement zwischen der Prüflingsadaption und der Lagerung in dem Triebstrang angeordnet sein.The requirements for a spin tester with respect to large DUTs and high speeds can also be justified in combination with an extended life of the bearing, since the unbalance energy generated during rupture is taken up limiting by means of the predetermined breaking point. The force flow, resulting from the UUT impact force, which arises during the phase, thus no longer reaches the storage, which significantly prolongs their service life. The security element can be arranged as an intermediate element between the Prüflingsadaption and storage in the drive train.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Sicherheitselement zwischen dem rotierbaren Bauteil und einer Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von dem Rotationsantrieb auf das rotierbare Bauteil angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann nicht nur beispielsweise der Antrieb mit seinen Lagern und weiteren Elementen vor zu hohen Unwuchtkräften geschützt werden, sondern auch die Welle wird vor der Einwirkung zu hoher Kräfte und dadurch vor Beschädigungen geschützt. Dadurch können die Betriebskosten weiter gesenkt und die Wartung vereinfacht werden.In a further preferred refinement, the security element can be arranged between the rotatable component and a shaft for transmitting a rotational force from the rotary drive to the rotatable component. In this embodiment, not only, for example, the drive can be protected with its bearings and other elements from excessive unbalance forces, but also the shaft is protected from the action of high forces and thus from damage. This can further reduce operating costs and simplify maintenance.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Sollbruchstelle eine Einkerbung beziehungsweise ist als eine solche ausgebildet. Insbesondere durch eine Einkerbung kann auf einfache und kostengünstige Weise gezielt eine frei wählbare definierte Schwächung des Grundelements erzielt werden, welche vorteilhaft als Sollbruchstelle dienen kann. In dieser Ausgestaltung kann somit die Kraft, die die Sollbruchstelle zum Brechen bringt und damit das Sicherheitselement zum Auslösen bringt, durch einen einfach und kostengünstig durchführbaren spanenden Bearbeitungsvorgang angepasst und maßgeschneidert werden. Dadurch kann das Sicherheitselement wiederum eigens für das gewünschte Anwendungsgebiet ausgelegt und erprobt werden. In der vorliegenden Ausgestaltung kann somit durch eine Einkerbung ein vordefinierter Bruchbereich durch eine definierte Kerbe beziehungsweise Einkerbung realisiert werden, wobei das Grundelement im Bereich der Kerbe gezielt geschwächt werden kann. Eine Einkerbung kann dabei im Lichte der vorliegenden Erfindung jegliche Vertiefung beziehungsweise jegliche Ausnehmung, wie beispielsweise Nut sein, welche in dem Grundelement, vorzugsweise um den gesamten Umfang und etwa in einem rechten Winkel zu einer Achse des Grundkörpers angeordnet sein kann. In dieser Ausgestaltung basiert das Brechen der Sollbruchstelle und damit das Auslösen des Sicherheitselements somit auf einer Kerbwirkung.In a further preferred embodiment, the predetermined breaking point comprises a notch or is designed as such. In particular, by a notch can be achieved in a simple and cost-effective manner targeted a freely selectable defined weakening of the base element, which can advantageously serve as a predetermined breaking point. In this embodiment, therefore, the force that causes the breaking point to break and thus brings the security element to trigger, be adapted and tailored by a simple and inexpensive to carry out machining operation. As a result, the security element can again be designed and tested specifically for the desired field of application. In the present embodiment can thus be realized by a notch, a predefined fracture area by a defined notch or notch, the basic element can be specifically weakened in the notch. A notch may be in the light of the present invention, any recess or any recess, such as groove, which may be arranged in the base member, preferably around the entire circumference and at about a right angle to an axis of the base body. In this embodiment, the breaking of the predetermined breaking point and thus the triggering of the security element is thus based on a notch effect.

Dabei kann durch eine Anpassung der Einkerbung sowohl in der Tiefe als auch in der Breite, oder insgesamt in deren Geometrie die Schwächung des Grundelements und damit die Auslösekraft des Sicherheitselements gezielt variiert beziehungsweise angepasst werden. Die Auslegung der Einkerbung kann dabei insbesondere in Abhängigkeit des Materials des Grundkörpers auf rechnerischem Wege, etwa durch eine FEM-Analyse, oder durch statische und/oder dynamische Erprobungen ermittelt und damit für den konkret gewünschten Anwendungsfall ausgelegt werden. Dabei kann die dynamische Erprobung optional sein und etwa als Bestätigung der rechnerischen und/oder statischen Erprobung dienen. Die Ausgestaltung der Einkerbung kann dabei insbesondere abhängig sein von dem Material des Grundkörpers, von der Größe beziehungsweise Masse des rotierenden Bauteils, von der zu erwartenden Umdrehung und von einer maximalen Kraft, welche auf die Anordnung wirken darf. Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die Ausgestaltung der Sollbruchstelle von vielerlei Parametern abhängt, bei Kenntnis dieser jedoch genau auf das Anwendungsgebiet angepasst werden kann.In this case, by an adaptation of the notch both in the depth and in the width, or overall in the geometry of the weakening of the base element and thus the triggering force of the security element can be selectively varied or adjusted. The design of the notch can be determined in particular as a function of the material of the body by computational means, such as an FEM analysis, or by static and / or dynamic testing and thus be designed for the specific application desired. The dynamic testing can be optional and serve as confirmation of the mathematical and / or static testing. The configuration of the notch may in particular depend on the material of the base body, the size or mass of the rotating component, the expected rotation and a maximum force which may act on the arrangement. It can be seen from the above that the design of the predetermined breaking point depends on a large number of parameters, but if this knowledge can be adapted precisely to the field of application.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann der Grundkörper einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Dadurch kann eine Sollbruchstelle, etwa als Einkerbung, besonders einfach über dem gesamten Umfang angeordnet sein und damit unabhängig von der exakt auftretenden Kraftwirkung gleichmäßig aktiviert werden. Darüber hinaus kann der Einfluss von etwaigen Unwuchtkräften durch das Sicherheitselement an sich gering gehalten werden, beziehungsweise diese ausgeschlossen werden.In a further preferred embodiment, the base body may have a cylindrical cross-section. As a result, a predetermined breaking point, for example as a notch, can be arranged particularly simply over the entire circumference and thus be activated uniformly, independently of the force effect occurring precisely. In addition, the influence of any imbalance forces can be kept low by the security element in itself, or they are excluded.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Grundkörper aus Gusseisen ausgebildet. Insbesondere kann in dieser Ausgestaltung der gesamt Grundkörper aus Gusseisen ausgebildet sein. Gusseisen weist durch seine Zusammensetzung eine hohe Sprödigkeit und dabei gute Formsteifigkeit auf. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Grundkörper bei einer schlagartig auftretenden Kraft verbiegt, was die Lager weiter entlasten kann. Vielmehr wird die Sollbruchstelle aufgrund der Sprödigkeit des Gusseisens bei einer zu hohen Kraft in gewünschter und genau definierter Weise brechen. Unter dem Begriff Gusseisen kann dabei im Lichte der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Eisenlegierung verstanden werden, die einen hohen Kohlenstoffanteil, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 2% aufweisen kann. Insbesondere dadurch weist das in dieser Ausgestaltung verwendete Gusseisen die vorbeschriebene Sprödigkeit und Formsteifigkeit auf.In a further preferred embodiment, the base body is made of cast iron. In particular, in this embodiment, the entire body may be formed of cast iron. Due to its composition, cast iron has a high brittleness and good form stiffness. This can prevent that the body bends in a sudden force, which can further relieve the bearing. Rather, the breaking point will break due to the brittleness of the cast iron at too high a force in the desired and well-defined manner. The term cast iron can be understood in the light of the present invention, in particular an iron alloy, which may have a high carbon content, for example in a range of ≥ 2%. In particular, the cast iron used in this embodiment has the above-described brittleness and dimensional stability.

Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilprüfstand zum Untersuchen eines Prüflings umfassend ein Sicherheitselement, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bauteilprüfstands kann eine durch eine Unwucht hervorgerufene und insbesondere spontan auftretende Kraft das Sicherheitselement aktiviert und dadurch Beschädigungen von Elementen des Bauteilprüfstands verhindert beziehungsweise reduziert werden. Ein mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement ausgestatteter Bauteilprüfstand kann dabei insbesondere ein Schleuderprüfstand sein, der zur Prüfung von schweren Bauteilen oder von leichten Bauteilen mit sehr hohen Drehzahlen dienen kann. In nicht beschränkender Weise können beispielsweise Prüflinge mit einem hohen Gewicht von bis zu 35 kg bei Schleuderdrehzahlen von bis zu 18.000 1/min oder aber leichte Prüflinge, wie etwa mit einem Gewicht von bis zu 2 kg, bei Schleuderdrehzahlen von bis zu 25.000 1/min untersucht werden.The invention further relates to a component test stand for examining a test specimen comprising a security element, which may be formed and developed as described above. By the inventive design of the component test stand can be caused by an imbalance and in particular spontaneously occurring force activates the security element, thereby preventing or reducing damage to elements of the component test. A component test rig equipped with a safety element according to the invention can in particular be a spin test stand which can be used for testing heavy components or lightweight components with very high speeds. By way of non-limiting example, specimens with a high weight of up to 35 kg can be used at spin speeds of up to 18,000 r / min or lightweight specimens such as weighing up to 2 kg at spin speeds of up to 25,000 r / min to be examined.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. The invention will now be described by way of example with reference to the appended drawing with reference to preferred exemplary embodiments, in which the features illustrated below may represent an aspect of the invention both individually and in combination.

Es zeigt:It shows:

1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements. 1 : A schematic view of an embodiment of a security element according to the invention.

Das in 1 gezeigte Sicherheitselement 10 kann insbesondere Verwendung finden in einem Bauteilprüfstand, wie beispielsweise einem Schleuderprüfstand, bei dem Prüflinge, wie etwa Kupplungen oder Kupplungsteile, bis auf Ihre Berstgeschwindigkeit in Rotation versetzt werden. Es ist grundsätzlich geeignet für eine Anordnung mit einem Rotationsantrieb und einem durch den Rotationsantrieb rotierbaren Element. Dabei kann das Sicherheitselement zwischen dem rotierbaren Bauteil und einer Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von dem Rotationsantrieb auf das rotierbare Bauteil angeordnet sein.This in 1 shown security element 10 In particular, it can find use in a component test bench, such as a spin test bench, where specimens such as couplings or coupling parts are rotated up to their bursting speed. It is basically suitable for an arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive element. In this case, the security element can be arranged between the rotatable component and a shaft for transmitting a rotational force from the rotary drive to the rotatable component.

Das Sicherheitselement 10 umfasst einen Grundkörper 12, der zumindest teilweise aus Gusseisen ausgebildet sein kann. Der Grundkörper 10 weist ein antriebseitiges Ende 16 und ein bauteilseitiges Ende 18 auf. Dabei ist das antriebseitige Ende 16 mit dem Rotationsantrieb verbindbar und ferner das bauteilseitige Ende 18 mit dem rotierbaren Bauteil verbindbar. Dies kann entweder direkt, oder durch entsprechende Zwischenbauteile realisierbar sein. Folglich kann auch das Sicherheitselement 10 in einem Strang zum Übertragen einer Rotationskraft, die durch den Pfeil 14 angedeutet ist, von einem Rotationsantrieb auf ein rotierbares Bauteil angeordnet sein.The security element 10 includes a main body 12 at least partially made of cast iron. The main body 10 has a drive end 16 and a component-side end 18 on. Here is the drive end 16 connectable to the rotary drive and also the component-side end 18 connectable to the rotatable component. This can be realized either directly or by appropriate intermediate components. Consequently, the security element can also 10 in a strand for transmitting a rotational force by the arrow 14 is indicated, be arranged by a rotary drive on a rotatable component.

An dem antriebseitigen Ende 16 kann dabei eine Schnittstelle 20 zu dem Rotationsantrieb beziehungsweise einer Welle vorgesehen sein, wohingegen an dem bauteilseitigen Ende 18 eine Schnittstelle 22 zu dem rotierbaren Bauteil, wie etwa einem zu untersuchenden Prüfling, vorgesehen sein kann. Folglich kann an dem bauteilseitigen Ende 18 ein Verbindungsmittel zur Verbindung des Grundkörpers 12 mit dem zu rotierenden Bauteil angeordnet sein und kann am dem antriebsseitigen Ende 16 ein Verbindungsmittel zu Verbinden des Grundkörpers 12 mit dem Rotationsantrieb angeordnet sein. At the drive end 16 can be an interface 20 be provided to the rotary drive or a shaft, whereas at the component side end 18 an interface 22 may be provided to the rotatable component, such as a test specimen to be examined. Consequently, at the component side end 18 a connecting means for connecting the base body 12 be arranged with the component to be rotated and can at the drive end 16 a connecting means for connecting the base body 12 be arranged with the rotary drive.

Darüber hinaus weist der Grundkörper 12 eine Sollbruchstelle 24 auf, die zwischen dem antriebseitigen Ende 16 und dem elementseitigen Ende 18 angeordnet ist. Die Sollbruchstelle kann dazu dienen, auf eine stoßartige und unwuchtbedingte Kraft FR, etwa eines zu untersuchenden Prüflings, die durch den Pfeil 26 schematisch dargestellt ist, zu antworten, indem sie bricht und damit Bauteile, wie etwa Lagerstellen, vor einer übermäßigen Krafteinwirkung schützt. Dazu kann die Sollbruchstelle 24 derart ausgestaltet sein, dass sie bei einer definierten Kraft bricht.In addition, the main body points 12 a breaking point 24 on, between the drive end 16 and the element-side end 18 is arranged. The predetermined breaking point can serve to a shock-like and unbalanced force FR, such as a test specimen to be examined by the arrow 26 is shown schematically to respond by breaking and thus protects components such as bearings, from excessive force. This can be the breaking point 24 be designed such that it breaks at a defined force.

Die Sollbruchstelle 24 kann beispielsweise eine Einkerbung 28 umfassen beziehungsweise als eine solche ausgebildet sein, welche vorzugsweise um den gesamten Umfang des Grundkörpers 12 verläuft und in einem rechten Winkel zu der Achse 30 des Grundkörpers ausgerichtet sein. Das relative Verhältnis des maximalen Durchmessers DK des Grundkörpers 12 in dem Bereich der Einkerbung 28, welcher durch den Pfeil 32 gekennzeichnet ist, mit Bezug auf den Durchmesser DW, des Grundkörpers 12 außerhalb der Einkerbung, der durch den Pfeil 34 gekennzeichnet ist, also die Stärke der Einkerbung, kann ebenso wie die Geometrie abhängig sein von der zu erwartenden Drehzahl, der Größe des rotierenden Bauteils und weiterer Parameter. The breaking point 24 for example, a notch 28 include or be formed as such, which preferably around the entire circumference of the body 12 runs and at a right angle to the axis 30 be aligned with the body. The relative ratio of the maximum diameter DK of the main body 12 in the area of the notch 28 which by the arrow 32 with respect to the diameter DW of the main body 12 outside the notch, by the arrow 34 is characterized, so the strength of the notch, as well as the geometry may be dependent on the expected speed, the size of the rotating component and other parameters.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Sicherheitselement security element
1212: Grundkörper body
1414: Pfeil arrow
1616: antriebseitiges Ende drive end
1818: bauteilseitiges Ende component-side end
2020: Schnittstelle interface
2222: Schnittstelle interface
2424: Sollbruchstelle Breaking point
2626: Pfeil arrow
2828: Einkerbung notch
3030: Achse axis
3232: Pfeil arrow
3434: Pfeil arrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 1125206 [0002]

Claims

Security element for an arrangement with a rotary drive and a rotatable by the rotary drive component, comprising a base body ( 12 ) with a drive-side end ( 16 ) and a component-side end ( 18 ), wherein the drive end ( 16 ) is connectable to the rotary drive and wherein the component-side end ( 18 ) is connectable to the rotatable component, and wherein the base body ( 12 ) furthermore a predetermined breaking point breaking at a defined force ( 24 ), which between the drive end ( 16 ) and the component-side end ( 18 ) is arranged.

Security element according to claim 1, characterized in that the security element ( 10 ) is arranged in a component test stand, in particular in a spin tester.

Security element according to claim 1 or 2, characterized in that the security element ( 10 ) is arranged between the rotatable member and a shaft for transmitting a rotational force from the rotary drive to the rotatable member.

Security element according to claim 1 or 2, characterized in that the predetermined breaking point ( 24 ) a notch ( 28 ).

Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 12 ) has a cylindrical cross-section.

Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 12 ) is made of cast iron.

Component test stand for testing a test object, comprising a safety element ( 10 ) according to one of the preceding claims.