DE102011087909B3

DE102011087909B3 - Anordnung für Bauteilprüfstand

Info

Publication number: DE102011087909B3
Application number: DE102011087909A
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: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: CN103257039B; CN103257039A

Abstract

Eine erfindungsgemäße Anordnung für einen Bauteilprüfstand umfasst Anordnung, umfassend eine Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil, wobei die Welle bauteilseitig in wenigstens einem Lager rotierbar gelagert ist, und wobei die Welle antriebseitig in wenigstens einem Lager rotierbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bauteilseitige Lager mit einem Dämpfungssystem verbunden ist. Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung können unwuchtbezogene Kräfte gedämpft und dadurch beispielsweise Bauteile eines Bauteilprüfstands geschützt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Bauteilprüfstand, umfassend eine Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine Anordnung für einen Bauteilprüfstand umfassend eine Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil ist beispielsweise aus dem Dokument DE 1 125 206 A 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.
Bei einer derartigen Anordnung kann beispielsweise durch plötzlich abberstende Bruchstücke des zu untersuchenden Prüflings eine plötzliche Unwucht an dem zu rotierenden Prüfling entstehen. Dadurch wirken spontane stoßartige Kräfte, die insbesondere bezüglich der Welle radial gerichtet sein können, beispielsweise auf das Lager des Rotationsantriebs beziehungsweise auf das Lager des Prüflings. Nachteilig dabei ist, dass durch die so wirkenden Kräfte Beschädigungen an den entsprechenden Lagern oder an dem Rotationsantrieb beziehungsweise einer damit verbunden Kupplung oder einem damit verbundenen Getriebe entstehen können, 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.
Aus der DE 102 06 950 A1 ist weiter eine vertikal angeordnete Hochgeschwindigkeitsrotationstestvorrichtung bekannt, bei welcher die Welle sowohl antriebs-, als auch bauteilseitig gelagert und bauteilseitig mit einem Dämpfungssystem verbunden ist.
Aus der US 2010/0032876 A1 ist ganz allgemein ein System bekannt, welches gegen Vibrationen isoliert ist. Hierbei kommen Hexapoden zum Einsatz.
Aus der US 5,305,981 A ist ferner eine Isolationsvorrichtung gegen Vibrationen aus dem Raumschiffbau bekannt. Hierfür werden drei Paare von schrägen Isolatoren verwendet, welche Verstellfedern aufweisen, um das System auf berechnete Belastungen einzustellen.
Aus der US 5,767,381 A ist eine Zentrifugentesteinrichtung bekannt. Hier wird ein horizontaler Arm um eine vertikale Achse gedreht. Am Arm sind zwei schwingende Körbe bereitgestellt, wobei der eine Korb einen Testcontainer für eine zu testende Probe, und der andere ein Ausgleichsgewicht aufnimmt.
Aus der DE 28 35 962 A ist ein Separator mit vertikal verlaufender Rotationswelle für eine Zentrifugentrommel bekannt. Die Rotationswelle ist dabei beidseitig in feststehenden Lagern drehbeweglich gehalten und auf Seiten der Zentrifugentrommel mittels einer Ringgummifeder unter Verspannung gehalten. Auf diese Weise wird mittels der nachgiebigen Verspannung die Resonanzlage der Zentrifugentrommel durch eine Restunwucht in einen Bereich verschoben, der im Betriebszustand unschädlich ist.
Ebenso ist aus der US 2,220,524 A bekannt, ein spezielles Dämpfungselement im Umfeld eines Rotationsschaftes bereitzustellen, um entsprechende Vibrationen des Schaftes selber zu unterdrücken. Anwendung findet diese Vorrichtung hier in Gasturbinen, Turbokompressoren oder entsprechenden Expansionsturbinen.
Aus einem Teststand für Windanlagen ist es gemäß der EP 1 564 405 A1 bekannt, hydraulische Linearaktuatoren zu verwenden, um dynamische Belastungen auf ein zu testendes Objekt auszuüben.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist es somit, dass die Lager entweder nach einigen Tests getauscht werden müssen, oder lediglich Prüflinge mit geringen Unwuchtkräften getestet werden dürfen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für einen Bauteilprüfstand zu schaffen, mit der Beschädigungen an Bauteilen des Bauteilprüfstands reduziert oder verhindert werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Anordnung für einen Bauteilprüfstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Anordnung für einen Bauteilprüfstand, insbesondere für einen Schleuderprüfstand, umfasst eine Welle zum Übertragen einer Rotationskraft von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil. Die Welle ist dabei bauteilseitig in wenigstens einem Lager rotierbar gelagert und ferner antriebseitig in wenigstens einem Lager rotierbar gelagert. Antriebseitig soll hier insbesondere die Seite beziehungsweise das Ende der Welle bedeuten, welche mit dem Rotationsantrieb verbunden ist, beispielsweise unmittelbar oder über weitere Bauteile, wie beispielsweise über ein Getriebe oder Ähnliches. Entsprechend kann bauteilseitig insbesondere die Seite beziehungsweise das Ende der Welle bedeuten, über welches die Welle mit dem zu untersuchenden Bauteil verbunden ist beziehungsweise verbindbar ist.
Ein Schleuderprüfstand, beispielsweise, kann dabei insbesondere ein Prüfstand sein, bei dem Prüflinge bis zu ihrer Berstdrehzahl beschleunigt werden. Der dabei auseinanderbrechende beziehungsweise berstende Prüfling erzeugt meist eine Unwuchtkraft auf die Welle. Bei sehr geringen Unwuchtkräften können diese durch eine herkömmliche Lagerung aufgefangen werden.
Um jedoch bei den in einem Schleuderprüfstand auftretenden Umdrehungszahlen und Wellendurchmessern potentiell auftretenden Unwuchtkräften zu begegnen, ist das bauteilseitige Lager mit einem Dämpfungssystem verbunden. Durch das Dämpfungssystem sind unwuchtkraftbedingte Auslenkungen der Welle beziehungsweise des Lagers dämpfbar. Durch ein Dämpfungssystem kann somit dem entgegengewirkt werden, dass die bei einem Berstereignis entstehenden Kräfte oftmals nicht alleine durch das entsprechende Lager aufgefangen werden können. Durch das Verbinden des Lagers mit einem Dämpfungssystem kann dabei die durch Unwuchtkräfte hervorgerufene Auslenkung des Lagers abgefangen und die Kräfte durch eine Dämpfung aufgenommen werden. Somit kann verhindert werden, dass die Welle in dem Lager scharf aufsetzt und dieses so zerstört beziehungsweise beschädigt wird. Ferner kann eine Beschädigung der Welle verhindert werden. Insbesondere kann das Dämpfungssystem dabei derart ausgestaltet beziehungsweise angeordnet sein, dass es eine Dämpfung in jeder Richtung, in der die Unwuchtkraft auf die Welle wirken kann, zumindest teilweise realisieren kann.
Durch das Vorsehen eines Dämpfungssystems kann daher 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 beispielsweise umfassend Rotationsantrieb, Welle und zu untersuchendes beziehungsweise zu rotierendes Bauteil durch eine Dämpfung entlastet. Dadurch kann die Anordnung geschont und Beschädigungen sowie damit einhergehende Stillstandzeiten verhindert werden.
Durch eine definierte Ausgestaltung des Dämpfungssystems können dabei die maximal auf die Anordnung beziehungsweise auf einzelne Bauteile der Anordnung wirkenden Kräfte für das gewünschte Anwendungsgebiet und für die verwendeten Materialien maßgeschneidert werden. Dadurch ist die Kraft, welche auf die Bauteile der Anordnung wirken kann, definiert begrenzbar.
Folglich bietet ein mit einem Dämpfungssystem verbundenes Lager 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 einer derartigen Anordnung kann dem Schutz von Lagerungseinheiten der vorbeschriebenen Anordnungen im Fall von zu hohen stoßartigen Belastungen dienen.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Anordnung ist ferner, dass auch bei großen, beispielsweise von der Größe der rotierbaren Bauteile beziehungsweise von den zu erwartenden Kräften abhängigen Wellendurchmessern, die Drehzahlanforderungen an den Bauteilprüfstand erfüllt werden können. Somit können auch große Prüflinge, wie beispielsweise ganze Kupplungssysteme oder ähnliches, auf einem mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgestatteten Bauteilprüfstand ohne wesentlichen Zusatzaufwand beziehungsweise mit geringen Kosten getestet werden. Daher ist ein derartiger Bauteilprüfstand in der Lage, die auch bei großen Prüflingen und hohen Drehzahlen erforderliche Kombination aus Kräften erzeugt durch Lagerreaktionen und erforderlichem Wellendurchmesser sowie Drehzahl zu ermöglichen.
Unter einem Dämpfungssystem kann dabei jegliches System verstanden werden, das Kräfte, welche etwa durch eine Unwucht auf die Welle beziehungsweise auf die Lager der Welle wirken, zumindest teilweise dämpfen beziehungsweise abbauen kann. Insbesondere kann ein Dämpfungssystem radial auf die Welle beziehungsweise das Lager wirkende Kräfte, die sich beispielsweise durch Auslenkungen der Welle beziehungsweise des Lagers auswirken können, dämpfen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Dämpfungssystem eine Mehrzahl, insbesondere sechs, an bezüglich des Lagers in einer Hexapodanordnung angeordneten Dämpfungseinheiten auf. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders vorteilhafte Anordnung der Dämpfungseinheiten realisiert werden, um die einwirkende Stoßenergie über einen bestimmten Weg in jeder Raumrichtung sicher abzubauen. Im Detail kann eine Auslenkung des Lagers in allen möglichen Raumrichtungen, also in sechs Freiheitsgraden, drei translatorischen sowie drei rotatorischen, gedämpft werden. Die Freiheitsgrade werden durch die Hexapodanordnung des insbesondere passiven Feder-Dämpfer Systems realisiert. Unter einer Hexapodanordnung kann dabei insbesondere eine Anordnung verstanden werden, in welcher die Dämpfungseinheiten bezüglich des Lagers einen Hexapod ausbilden. Letzterer ist eine an sich in anderen Anwendungsgebieten bekannte Form einer Parallelkinematikmaschine, die sechs Beine, beziehungsweise Dämpfungseinheiten, mit einer veränderlichen Länge und gelenkiger Aufhängung aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Stärke der Dämpfung des Dämpfungssystems einstellbar. In dieser Ausgestaltung kann das Dämpfungsverhalten an verschiedenste Anwendungsgebiete und etwa zu untersuchende Prüflinge angepasst werden, ohne die Dämpfungseinheiten austauschen zu müssen. Dabei kann beispielsweise die Stoßenergie im Verhältnis zu der Drehzahl der Welle beziehungsweise des Prüflings, die Lage des Kraftangriffspunkts und die beteiligten Massen bei der Einstellung der Dämpfungsstärke berücksichtigt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht daher in dieser Ausgestaltung eine besonders variable Anwendung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Dämpfungssystem wenigstens eine ein elektrorheologisches Fluid umfassende Dämpfungseinheit auf. Insbesondere können sämtliche der vorgesehenen Dämpfungseinheiten ein elektrorheologisches Fluid insbesondere als Dämpferfluid umfassen. Durch das Vorsehen eines elektrorheologischen Fluids, beispielsweise in Kombination mit zusätzlichen Gummidämpfern, wie beispielsweise Eladur-Dämpfern, kann zum Einen die bei einem Berstereignis auftretende Stoßenergie sicher abgebaut werden. Darüber hinaus kann über eine elektrisch gesteuerte Viskositätsänderung der Dämpferflüssigkeit die Dämpfung des Dämpfungssystems in der Anordnung auf verschiedene Betriebspunkte besonders einfach, dynamisch und genau eingestellt werden. Unter einem elektrorheologischen Fluid kann dabei insbesondere ein Material verstanden werden, dessen Fließverhalten beziehungsweise dessen Viskosität durch ein elektrisches Feld in weitem Rahmen schnell und reversibel gesteuert werden kann. Zweckmäßigerweise ist dabei an dem Dämpfungssystem beziehungsweise an der oder den mit einem elektrorheologischen Fluid ausgestatteten Dämpfungseinheiten ein Spannungsbauteil, wie insbesondere ein Hochspannungsbauteil, derart angeordnet, um das Fließerhalten des elektrorheologischen Fluids in gewünschtem Maße durch Einwirkung eines elektrischen Feldes anzupassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Welle antriebseitig in zwei entlang einer Wellenachse aufeinanderfolgend angeordneten Lagern rotierbar gelagert, von welchen zwei Lagern das antriebsseitig gerichtete Lager als Festlager ausgestalt ist und das bauteilseitig gerichtete Lager als Loslager ausgestaltet ist. In dieser Ausgestaltung kann somit durch eine Kombination von Loslager und Festlager eine definierte Beweglichkeit beziehungsweise Auslenkung der Welle aufgrund von Unwuchtkräften ermöglicht werden, ohne die Lager zu belasten beziehungsweise zu beschädigen. Im Detail kann eine Auslenkung der Welle bauteilseitig ermöglicht werden, wobei die Auslenkung hier durch die Anbindung des Lagers an das Dämpfungssystem gedämpft wird, so dass auch bauteilseitig keine Beschädigung des Lagers zu erwarten ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Welle, also antriebseitig, kann durch die Kombination von Festlager und Loslager eine geringste Auslenkung ermöglicht werden, ohne dabei die Lager übermäßig zu belasten und insbesondere den Antrieb beziehungsweise mit dem Antrieb verbundene Bauteile, wie etwa Kupplung oder Getriebe, zu beschädigen. Dabei ist jedoch eine ausreichende Beweglichkeit gegeben, um die Lager nicht zu sehr zu belasten und dadurch Beschädigungen zu reduzieren oder auszuschließen. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung im Besonderen dem höchst belasteten Lager, also dem bauteilseitigen Lager, die Möglichkeit gegeben werden unter der einwirkenden Kraft auszuweichen. Die dreifache Lagerung mit zwei nah zusammenliegenden Lagern am antriebsseitigen Ende der Welle sorgt dafür, dass die Welle im Berstfall, also beim Auftreten der hohen Kräfte am prüflingsseitigen Ende, nicht beziehungsweise kaum an ihrem antriebsseitigen Ende taumelt, was zum Schutz etwa eines Turbogetriebes sowie einer Hochgeschwindigkeitskupplung dient.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist wenigstens ein Lager als hydrodynamisches Lager ausgestaltet. Besonders bevorzugt können sämtliche Lager als hydrodynamische Lager ausgestaltet sein. Insbesondere durch hydrodynamische Lager kann eine Kombination von einem großen Wellendurchmesser, der aufgrund der hohen bei einem Bauteilprüfstand zu erwartenden Kräfte vorteilhaft sein kann, mit einer hohen Solldrehzahl besonders vorteilhaft ermöglicht werden. Dabei kann die erreichte Oberflächengeschwindigkeit im Lager sehr nahe an der physikalisch möglichen Grenze liegen. Unter einem hydrodynamischen Lager kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden ein Lager, bei dem ein bewegliches Teil, wie etwa ein Innenlager, ein Außenlager nicht unmittelbar berührt, sondern bei dem vielmehr ein Film eines Schmiermittels vorgesehen ist, durch welches das bewegliche Teil gelagert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das hydrodynamische Lager eine kugelförmige Lagerbuchse auf, die in einem Außenlager angeordnet ist, wobei das Außenlager eine konkave Innenoberfläche aufweist, die an die Form der kugelförmigen Lagerbuchse angepasst ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Verkippen der Welle im Lager ermöglicht werden, was eine unwuchtbezogene Auslenkung der Welle ohne Lagerbelastung ermöglichen kann. Beispielsweise kann dazu ein Verkippen einer drehenden Lagerkugel beziehungsweise einer Lagerbuchse etwa einer Welle gegen die stehende Lagerkugel etwa des Lagers beziehungsweise gegen das Außenlager erlaubt werden. Dabei ist ein Verkippen der Welle insbesondere in sämtliche Raumrichtungen möglich, so dass im Wesentlichen auf sämtliche Unwuchtkräfte reagiert werden kann. Diese Ausgestaltung ist somit insbesondere für das antriebseitige Festlager von Vorteil, kann jedoch in sämtlichen Lagern die Gefahr einer Beschädigung desselben durch ein Verkippen der Welle deutlich reduzieren. Dass das Außenlager eine konkave Innenoberfläche aufweist, die an die Form der kugelförmigen Lagerbuchse angepasst ist, kann dabei insbesondere bedeuten, dass die Lagerbuchse zu dem benachbarten Außenlager bei einem gleichmäßigen Schmierfilm stets den gleichen Abstand aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Vorrichtung zum Ermitteln der Schmierfilmdicke des hydrodynamischen Lagers vorgesehen. In dieser Ausgestaltung können unerwartete Betriebspunkte sowie ein unerwartetes Anlagenverhalten frühzeitig erkannt werden. Wird ein definierter Wert der Schmierfilmdicke unterschritten kann die Anlage beziehungsweise der Bauteilprüfstand sicher abgeschaltet werden. Darüber hinaus kann auch mit diesem System bei der Inbetriebnahme der Anlage eine Einstellung von elektrorheologischen Dämpfern auf die verschiedenen Betriebspunkte erfolgen. Beispielsweise können unmittelbar vor und hinter dem eigentlichen Lager, wie beispielsweise dem hydrodynamischen Lager, jeweils zwei um 90° versetzte Wegsensoren angeordnet sein. Diese können den Abstand zu einem Referenzobjekt detektieren und über einen entsprechenden Algorithmus kann auf die Restdicke des Schmierfilms in dem Lager geschlossen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist an der Welle wenigstens ein Zusatzgewicht angeordnet. Durch das Vorsehen eines oder einer Mehrzahl an definiert beispielsweise zwischen bauteilseitigem Lager und Bauteil an der Welle angeordneten Zusatzgewichten ist zum Einen die die Eigenfrequenz des gesamten Lagerungssystem beeinflussbar, so dass diese außerhalb der kritischen Betriebspunkte, wie etwa der Berstdrehzahl, vorliegen kann. Weiterhin kann dadurch die Trägheit des Wellensystems erhöht werden, was zur Folge hat, dass bei einem Berstereignis die rotierenden Teile durch die erhöhte Trägheit ein geringeres Bestreben haben, zu taumeln. Dadurch kann ein zusätzlicher Schutz der Lagerstellen und ferner eine Stabilisierung des Gesamtsystems ermöglicht werden. Dabei können zwei oder aber eine beliebige Anzahl an Zusatzgewichten an der Welle vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilprüfstand zum Untersuchen eines Prüflings umfassend eine Anordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bauteilprüfstands kann eine Dämpfung einer unwuchtbezogenen Kraft realisiert und die Stabilität gegenüber Beschädigungen verbessert werden. Ein mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 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.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Es zeigen:
1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
2: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
3: eine Darstellung zeigend das Biegeverhalten einer Welle in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
4: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
5: eine Darstellung zeigend einen Teil der erfindungsgemäßen Anordnung von schräg vorne in einem Bauteilprüfstand;
6: eine Seitenansicht der Ausführungsform von 5; und
7: eine schematische Ansicht eines hydrodynamischen Lagers für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Die in 1 gezeigte Anordnung 10 kann insbesondere Verwendung finden in einem Bauteilprüfstand zum Untersuchen eines Prüflings. Die Anordnung 10 umfasst eine Welle 12 zum Übertragen einer Rotationskraft von einem nicht dargestellten Rotationsantrieb auf ein ebenfalls nicht dargestelltes zu untersuchendes Bauteil. Die Welle 12 ist dabei bauteilseitig in wenigstens einem Lager 14 rotierbar gelagert, und ferner antriebseitig in wenigstens einem Lager 16 rotierbar gelagert. Vorzugsweise kann die Welle 12 antriebseitig in zwei entlang einer Wellenachse 20 aufeinanderfolgend angeordneten Lagern 16, 18 rotierbar gelagert sein. Von den zwei Lagern 16, 18 kann das antriebsseitig gerichtete Lager 16 als Festlager ausgestaltet sein, wohingegen das bauteilseitig gerichtete Lager 18 als Loslager ausgestaltet sein kann. Darüber hinaus kann auch das bauteilseitige Lager 14 als Loslager ausgestaltet sein.
1 zeigt weiterhin, dass das bauteilseitige Lager 14 mit einem Dämpfungssystem 22 verbunden ist, um eine Auslenkung der Welle 12 bauteilseitig, also im Bereich des Lagers 14, zu dämpfen. Dabei kann eine Dämpfung insbesondere in sämtlichen sechs Raumrichtungen möglich sein, wie dies durch die Pfeile 24, 26 angedeutet ist. Dabei sind für den Fachmann ersichtlich die beiden senkrecht zu den Pfeilen 24, 26 angeordneten Raumrichtungen nicht dargestellt. Durch das Dämpfungssystem 22 kann insbesondere auf unwuchtbezogene auf die Welle 12 wirkende und rein schematisch als Fn bezeichnete und mit dem Pfeil 28 gekennzeichnete Kräfte reagiert werden.
An der Welle 12 kann ferner wenigstens ein, vorzugsweise eine Mehrzahl an Zusatzgewichten 29 angeordnet sein. Dies ist in 2 zu erkennen, welche die Anordnung 10 zeigt, die im Wesentlichen der Anordnung 10 aus 1 entspricht, wobei für entsprechende Bauteile entsprechende Bezugszeichen verwendet wurden. In 2 wird ferner durch den Pfeil 30 die Auslenkung des Dämpfungssystems 22 dargestellt.
3 zeigt den Vorteil einer zweifachen antriebseitigen Lagerung der Welle 12. Im Detail ist die Welle 12 durch ihre Biegelinie 31, 32 dargestellt, wobei wiederum die Lager 14, 16 und gegebenenfalls 18 für eine Lagerung der Welle 12 vorgesehen sind. Die in 3a gezeigte Biegelinie 31 entspricht einer Auslenkung der Welle 12 bei einer plötzlich auftretenden unwuchtbezogenen auf die Welle 12 wirkenden Kraft, wenn die Welle 12 antriebseitig in nur einem Lager 16 gelagert ist. Schlägt die Welle 12 bauteilseitig aus, so ist auch ein antriebseitiges Taumeln der Welle 12 möglich, welches durch den Kreis 33 dargestellt ist. Durch eine zweifache antriebseitige Lagerung der Welle 12 durch die Lager 16, 18, dagegen, kann ein antriebseitiges Taumeln deutlich reduziert werden, wie dies in 3b dargestellt ist. In diesem Fall entspricht Biegelinie 32 auch bei einer auftretenden Kraft an dem antriebseitigen Ende der Welle 12 im Wesentlichen der eigentlichen Welle 12 beziehungsweise der Wellenachse 20 im Normalzustand.
In 4 ist eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung detaillierter gezeigt, wobei bezüglich der 1 die entsprechenden Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. In 4 ist bereits zu erkennen, dass das Dämpfungssystem 22 eine Mehrzahl an bezüglich des Lagers 14 in einer Hexapodanordnung angeordneten Dämpfungseinheiten 34, 36, 38, 40, 42, 44 aufweist. Diese weisen durch die Dämpfungsfunktion eine veränderliche Länge auf, welche durch den Pfeil 47 gekennzeichnet ist.
Die Hexapodanordnung des Dämpfungssystems 24 ist dabei im Detail in den 5 und 6 zu erkennen. Hier ist die Anordnung der Dämpfungseinheiten 34, 36, 38, 40, 42, 44 gezeigt, welche in an sich bekannter Weise ausgerichtet sind, um einen Hexapod zu bilden. Die Dämpfungseinheiten 34, 36, 38, 40, 42, 44 sind dabei einerseits etwa an einem frei hängendem Lagergehäuse 46 und andererseits an jeweils einem feststehenden Element 48, 50, 52 des Bauteilprüfstands befestigt, wobei die Elemente 48, 50, 52 identisch oder miteinander verbunden oder voneinander unabhängig sein können. Das Lagergehäuse 46 kann dabei aus insbesondere hochfestem Aluminium ausgebildet sein, da es, im Gegensatz zu dem rotierenden Wellensystem, eine sehr geringe Trägheit aufweisen kann, um bei Eintreten des Berstereignisses der wirkenden Kraft ausweichen zu können und diese dadurch in dem Dämpfersystem 22 abbauen zu können.
Bezüglich der Dämpfungseinheiten 34, 36, 38, 40, 42, 44 kann deren Dämpfungsstärke einstellbar sein. Hierzu kann das Dämpfungssystem 22 wenigstens eine ein elektrorheologisches Fluid umfassende Dämpfungseinheit 34, 36, 38, 40, 42, 44 aufweisen, wobei vorzugsweise sämtliche vorgesehenen Dämpfungseinheiten 34, 36, 38, 40, 42, 44 ein elektrorheologisches Fluid umfassen können. Dies kann beispielsweise in Verbindung mit zusätzlichen Dämpfern, wie etwa aus Gummi, realisiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Kolben in einem Zylinder zur Bildung eines Kompressionsraums verfahrbar angeordnet sein, wobei der Kompressionsraum zu einem Ausgleichsraum geöffnet jedoch zur äußeren Atmosphäre abgeschlossen ist und sich bei einer Dämpfung verkleinern kann. In dem Kompressionsraum kann der Kolben mit dem Zylinder über den Dämpfer verbunden sein. Beispielsweise neben dem Dämpfer ist in dem Kompressionsraum das elektrorheologisches Fluid als Dämpfungsfluid vorgesehen, welches bei einer Kraftaufnahme und damit einem sich verkleinernden Volumen des Kompressionsraums durch die Öffnung in den Ausgleichsraum strömen kann. In Abhängigkeit der einstellbaren Viskosität des elektrorheologischen Fluids durch das Anlegen eines elektrischen Feldes können die Dämpfungseigenschaften so eingestellt werden.
Zurückkommend zu 4 ist hier ferner bereits zu erkennen, dass die Lager 14, 16, 18 als hydrodynamische Lager ausgestaltet sein können. Ein derartiges hydrodynamisches Lager ist in 7 im Detail dargestellt. 7 zeigt rein beispielhaft das Festlager 16, in welchem die Welle 12 mit einer kugelförmigen Lagerbuchse 54 verbunden ist, welche in einem Außenlager 56 angeordnet ist. Das Außenlager 56 weist dabei eine konkave Innenoberfläche 57 auf, die an die Form der kugelförmigen Lagerbusche 54 angepasst ist.
Dabei kann ferner eine Vorrichtung zum Ermitteln der Schmierfilmdicke des hydrodynamischen Lagers 14, 16, 18 vorgesehen sein. Dazu können beispielsweise zwei Sensoren 58 und darüber hinaus zwei weitere, in einer um 90° verkippten Ebene angeordnete, Sensoren vorgesehen sein. Diese können beispielsweise den Abstand zu der Welle 12 messen und dadurch, etwa unter Verwendung eines Algorithmus, als Wegsensor die Schmierfilmdicke zwischen Lagerbuchse 54 und Außenlager 56 bestimmen.
Da die bei einem Berstereignis auftretenden Kräfte prinzipiell rein zufällig sind und die Anlage nur auf eine gewisse statistische Absicherung ausgelegt werden kann, kann die erfindungsgemäße Anordnung ferner gegen alle größeren Kräfte endgültig geschützt werden. Dies kann mit einem speziellen Element realisiert werden, welches eine Sollbruchstelle aufweist und dadurch bei Erreichen einer bestimmten Kraftgrenze abreißt und somit eine Einwirkung der Unwuchtkraft auf das rotierende Wellensystem verhindert.
Bezugszeichenliste

10: Anordnung
12: Welle
14: Lager
16: Lager
18: Lager
20: Wellenachse
22: Dämpfungssystem
24: Pfeil
26: Pfeil
28: Pfeil
29: Zusatzgewicht
30: Pfeil
31: Biegelinie
32: Biegelinie
33: Kreis
34: Dämpfungseinheit
36: Dämpfungseinheit
38: Dämpfungseinheit
40: Dämpfungseinheit
42: Dämpfungseinheit
44: Dämpfungseinheit
46: Lagergehäuse
47: Pfeil
48: Element
50: Element
52: Element
54: Lagerbuche
56: Außenlager
57: Innenoberfläche
58: Sensor

Claims

Anordnung für einen Schleuderprüfstand, umfassend eine Welle (12) zum Übertragen einer Rotationskraft von einem Rotationsantrieb auf ein zu untersuchendes Bauteil, wobei die Welle (12) bauteilseitig in wenigstens einem Lager (14) rotierbar gelagert ist, und wobei die Welle (12) antriebseitig in wenigstens einem Lager (16) rotierbar gelagert ist, wobei das bauteilseitige Lager (14) mit einem Dämpfungssystem (22) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungssystem (22) eine Mehrzahl an bezüglich des Lagers (14) in einer Hexapodanordnung angeordneten Dämpfungseinheiten (34, 36, 38, 40, 42, 44) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Dämpfung des Dämpfungssystems (22) einstellbar ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungssystem (22) wenigstens eine ein elektrorheologisches Fluid umfassende Dämpfungseinheit (34, 36, 38, 40, 42, 44) aufweist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) antriebseitig in zwei entlang einer Wellenachse (20) aufeinanderfolgend angeordneten Lagern (16, 18) rotierbar gelagert ist, von welchen zwei Lagern (16, 18) das antriebsseitig gerichtete Lager (16) als Festlager ausgestaltet ist und das bauteilseitig gerichtete Lager (18) als Loslager ausgestaltet ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager (14, 16, 18) als hydrodynamisches Lager ausgestaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrodynamische Lager eine kugelförmige Lagerbuchse (54) aufweist, die in einem Außenlager (56) angeordnet ist, wobei das Außenlager (56) eine konkave Innenoberfläche (57) aufweist, die an die Form der kugelförmigen Lagerbuchse (56) angepasst ist.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Ermitteln der Schmierfilmdicke des hydrodynamischen Lagers vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (12) wenigstens ein Zusatzgewicht (29) angeordnet ist.
Bauteilprüfstand zum Untersuchen eines Prüflings, umfassend eine Anordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.