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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Schwingungs-Arten an Oberflächen-Kontaktstellen von mindestens zwei Materialien, welche durch zum Teil gegenläufige Bewegungen, Ruck-Gleit-Töne, wie zum Beispiel Knarzen oder Quietschen erzeugen, auch Stick slip Geräusche genannt, insbesondere eine Vorrichtung welche zwei Materialien gegenläufig gleichbleibend bewegt, um ungewollte Schwingungen zu vermeiden, so dass mit einer Mehrfach-Federtechnik eine sensible Schwingungsmessung ermöglicht wird, umfassend eine als Seismische-Masse ausgeführte Bodenplatte mit einer steifen Tragstruktur, deren untere bewegliche Auflage zur Befestigung der zu testenden Materialien dient, sowie ebenfalls das obere an der Tragstruktur fixierte verstellbare Gegenlager spielfrei, aber scharnierartig klappbar angeordnet ist und von mindestens zwei unabhängig voneinander gelagerte Federn, an deren Ende sich ein Halter zur Befestigung der zu testenden Materialien befindet, Schwingkräfte gemessen werden können.
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Eine derartige Vorrichtung zur Geräuschprüfung ist aus der
DE 19620878 A1 bekannt. Zur Simulation einer Ruck-Gleit-Bewegung an der Kontaktstelle zweier in Bewegung geratener Materialien innerhalb eines Produktes, wie zum Beispiel eines Fahrzeugs, deren Resultat eine zum Teil hörbare Körperschall-Schwingung ergeben soll, ist vorwiegend abhängig von den im Originalzustand vorherrschenden Kontaktstellen-Kriterien, wie zum Beispiel den Deformations- und Adhäsions-Kräften. Zur Durchführung einer Triboakustik-Messung ist dabei vorgesehen, durch elastische Lagerung, eine freie und nur durch die Reibung verursachte Bewegung der Spitze zur Platte relativ zu ermöglichen. Durch die Notwendigkeit kleinste Schwingungen zwischen zwei sich parallel bewegenden Material-Flächen, die mit Druck beaufschlagt werden, messbar zu gestalten, neigt eine elastische Lagerung einerseits zum Verlassen der Parallelführung und andererseits führt eine steifere Lagerung zu reduzierter Elastizität zum Sensibilitätsverlust. Nachteilig an dieser Art der Messung zweier parallel angeordneter Materialien ist einerseits die Richtungsveränderung der federnden elastischen Lagerung deren Folge eine Verkantung eines der eingespannten Materialien und somit eine Fehlmessung ergeben kann, andererseits aber, durch eine Verstärkung der federnden Lagerung um eine Verkantung entgegen zu halten, reduziert sich die notwendige Elastizität so stark, dass sich ein Verlust der notwendigen Sensibilität einstellt. Ergänzend nachteilig ist eine starre Anbindung der elastischen Lagerung an die Tragstruktur bei zwei sich parallel zueinander bewegenden Form-Materialien ungünstig, da die Formnachführung nicht gegeben ist. Dies ist aber unerwünscht, wenn durch mangelnde Mess-Sensibilität einerseits und Flächenkontaktverlust andererseits, die zu messenden Kontaktflächen Stick-slip-Geräusche nur bedingt wahrgenommen werden können und belastet dadurch den Betreiber der Anlage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung von Triboakustik auf kleinstem Raum in kompakter Bauweise an Oberflächen-Kontaktstellen von mindestens zwei parallel sich bewegenden Materialflächen, welche durch zum Teil gegenläufig Bewegungen unter Druck, Ruck-Gleit-Töne erzeugen, die von mindestens zwei unabhängig voneinander gelagerten Federn bzw. einer parallelführungsartigen elastischen Lagerung, an deren Ende sich ein Halter zur Befestigung der zu testenden Materialien befindet, detektiert, noch dazu durch den motorisierten Bewegungsablauf in nahezu geräusch- und ruckfreier Arbeitsweise. Durch eine Bodenplatte ausgeführte als Masse-Platte, auch seismische Masse genannt, die auf elastischen Füßen steht, mit einer angeflanschten steifen Tragstruktur, deren untere bewegliche Auflage zur Befestigung der zu testenden Materialien dient, sowie ebenfalls das obere an der Tragstruktur fixierte verstellbare Gegenlager spielfrei, aber scharnierartig klappbar angeordnet ist, wird eine optimale parallele Materialführung erreicht, deren gegenläufigen Bewegungen, unter einstellbarem Druck, eine nahezu exakte Simulation der in der Realität am Produkt sich ergebenden Stick slip-Geräusche einstellt. Durch die kompakte Bauweise der Vorrichtung zur Messung von Triboakustik, die vorzugsweise im Einsatz innerhalb eines Klimaschranks, der durch kleinste Raumverhältnisse schnelle Temperatur- und Feuchte-Differenzen ermöglicht, ergibt sich eine Prüfzeit- sowie eine Betriebskosten- und Investitions-Einsparung. Die Konzeption der Vorrichtung zur Messung von Triboakustik ist so ausgelegt, das Antrieb und Steuerung außerhalb des Klimaschranks angebracht sind und dadurch wird noch dazu die Langlebigkeit der empfindlichen Regelelektronik nebst Antriebstechnik erreicht und die Vorrichtungs-Verfügbarkeit gesteigert. Durch das obere an der Tragstruktur fixierte verstellbare Gegenlager, welches spielfrei, aber scharnierartig klappbar angeordnet ist, eröffnet sich zusätzlich eine deutliche Rüstaufwandsreduzierung, die sich auch durch eine wesentliche Erleichterung der Probenanalyse während der Prüfzeit auszeichnet, noch dazu ist diese ohne Beeinflussung der Prüfteile zu handhaben.
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Durch eine federnde flexible Motor- bzw. Antriebslagerung wird eine zusätzliche Kraftspitzen-Messung beispielsweise über Dehnmessstreifen ermöglicht, die alternativ zur Beschleunigungs- bzw. Körperschallmessung, Aufschluss über die physikalischen Gegebenheiten bei Ruckgleiten zulässt. Die Beschleunigungs- bzw. Körperschallmessung wird durch einen am Probenhalter aus Profil-Stahl insbesondere durch die T-Form ermöglichte permanentmagnetische Fixierung des Körperschallmessung-Sensors sehr nahe am Messobjekt (Materialabschnitt) optimiert und wirkt zusätzlich im Sinne der Rüstaufwands-Reduzierung mit. Somit sind die Vorzüge einer kompakten Vorrichtung zur Messung von Triboakustik gepaart mit hoher Mess-Sensibilität bei maximaler Tilgung ungewollter Schwingungen durch die Seismische-Masse und größtmöglicher Rüstaufwands-Reduzierung sowie Servicefreundlichkeit und zusätzlich eine durch die Parallelführung den aneinander reibenden Materialflächen, ergibt sich dadurch nahezu exakte Simulation der in der Realität am Produkt erzeugten Stick slip-Geräusche, die mit Zeitraffer-Programmen künstlich schnell altern, ohne dass durch praxisfremde Krafteinwirkungen dem Produkt-Teilen (Materialproben) Schaden zugefügt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Triboakustik, zeichnet sich dadurch aus, dass Einsatzgebiete, wie zum Beispiel die Nachbildung der Stick slip-Effekts an Teilbereichen (Kontaktflächen) eines fahrenden Kraftfahrzeugs auf einer Straße oder Schlechtwegstrecke mit höchst sensiblen Vibrations- und damit Akustik-Aufnahmetechnik auch unter Umweltbedingungen in einer der kleinsten verfügbaren Klimakammern auch unter Zeitraffer-Bedingungen durchgeführt werden kann.
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Durch eine flexible Lagerung der Seismischen-Masse (Vorrichtungs-Bodenplatte) einerseits zum Werktisch, und andererseits durch die flächig maximal angeflanschte Vorrichtungs-Tragstruktur, werden Resonanzschwingungen vermieden, welche die Durchführung von akustischen Messungen beeinträchtigen würde.
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Damit die in der Realität auftretenden Schwingungen an Produkten, zum Beispiel an Straßenfahrzeugen, bei denen Motorschwingungen, mit Schwingungen von der Straße und von quasistatischen Belastungen (Berührung von Bauteilen) überlagert werden, von der Vorrichtung zur Messung von Triboakustik sicher nachgestellt bzw. simuliert werden können, sind Reib-Kräfte sowie Reibgeschwindigkeit etc. flexibel einstellbar zu handhaben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung zur Messung von Triboakustik ist vorgesehen, die Prüf-Material-Auflagefläche sowie den Materialhalter mittels Heiz-Kühlelementen (zum Beispiel mit Peltierelemente etc.) auszustatten, um den Messbereich außerhalb der Klimakammer (quasi Normaltemperatur) zu erweitern, damit der jeweilige Betreiber preiswerte Messungen anbieten kann. Außerdem ist vorgesehen, gemäß einer gegebenenfalls preiswerteren Modulbauweise, die Tragstruktur- und Funktionsteile soweit möglich, aus mehreren Normteilen zusammen zu fügen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung von Triboakustik mit Bodenplatte als Seismische Masse entsprechen eine Tragstruktur und eine Kinematik.
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In 1 ist eine Seismische Masse 1 gezeigt, auf der eine den Prüfstand umfassende Tragstruktur 2 fixiert ist, die einerseits den darauf liegenden leichtlaufenden Schlitten 3, beherbergt, und andererseits, dem Schlitten gegenüberliegend, ein flexibles Federpaket 5 an einem Kragarm 4, der drehbar mit einem Scharnier 6 gelagert ist, mittels einer Höhenverstellung 10 fixiert. Das Federpaket 5 ist mit den zwei voneinander entfernt sitzenden sehr dünnen Federn, von denen eine Feder einen geführten Längenausgleich mit Dämpfung ermöglicht, ist so konzeptioniert, das einerseits der daran befestigte Materialhalter 7 entsprechend sensible- bzw. feinfühlige Vibrationen von dem daran befestigten Material 9 zulässt und andererseits das Verbiegen bzw. Umknicken der Materialprobe 9 verhindert und die Parallelität der zwei gegenläufig beanspruchten Materialien 8 und 9 sicherstellt.
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Die Vorrichtungs umfassende steife Tragstruktur 2 ist in ihrer Anbindung zur Seismischen-Masse 1, die als Bodenplatte fungiert, und auf flexiblen bzw. federnd in der Höhe verstellbaren Füssen 11 steht, so konzipiert, dass etwaige störende Anregungen bzw. Vibrationen abgeleitet bzw. eliminiert werden.
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Der an der oberen Tragstruktur 2 fixierte, durch ein Scharnier-Element 6 drehbar gelagerte Kragarm 4, ist einerseits für die Krafteinleitung über ein einstellbares Federelement bzw. über ein auf der Kragarmlänge verstellbares Gewicht 12, oder eine Kombination von Beiden, der zwei sich berührenden gegenläufig bewegenden und dadurch mehr oder weniger reibenden Materialien 8 und 9 zuständig und andererseits ermöglicht die drehbare Lagerung (Scharnier) entsprechend bei strukturartigen zum Beispiel wellenartigen Materialien 8 und 9 bzw. Oberflächen, eine der Struktur nachgeführte Einstellung bzw. Parallelität von Material 8 zu Material 9.
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Mit dem durch ein Scharnier-Element 6 drehbar gelagerten Kragarm 4, welcher spielfrei, aber scharnierartig klappbar angeordnet ist, eröffnet sich zusätzlich eine deutliche Rüstaufwandsreduzierung, die sich zusätzlich durch eine wesentliche Erleichterung der Probenanalyse während der Prüfzeit auszeichnet und noch dazu ohne Beeinflussung der Prüfteile und der jeweils fixierten Mess-Einstellungen zu handhaben ist. Durch Lochmuster im Schlitten und im Materialhalter, ist es möglich, mittels eines Musterteile-Verankerungssystems, Einzelteile beziehungsweise Zusammenbauten eines Produkts schnell zu fixieren um eine abgesicherte Lage während der Testzeit sicher zu stellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Seismische Masse
- 2
- Tragstruktur
- 3
- Schlitten
- 4
- Kragarm
- 5
- Federpaket
- 6
- Scharnier
- 7
- Materialhalter
- 8
- Material 1
- 9
- Material 2
- 10
- Höherverstellung
- 11
- elastische Füße
- 12
- Verstellbares Gewicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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