DE102014103148A1

DE102014103148A1 - Torsional vibration test stand

Info

Publication number: DE102014103148A1
Application number: DE102014103148.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Drehschwingungsprüfstand (10), umfassend eine Antriebseinheit (1) zur Erzeugung einer Drehbewegung, die über eine Drehantriebsverbindung (11, 9, 12) auf einen Prüfling (5) aufgebracht werden kann, so dass der Prüfling mit einer vorgegebenen Oberschwingung (ω) über einer mittleren Drehgeschwindigkeit (ω0) beaufschlagt wird, wobei die Drehantriebsverbindung ein Getriebe (9) mit einem Antriebsrad (2) und einem Abtriebsrad (4) umfasst, wobei zumindest eines der Räder (2, 4) einen unrunden Querschnitt aufweist und der Schwerpunkt des unrunden Rades (2, 4) auf der Drehachse (A) des unrunden Rades liegt.A torsional vibration test stand (10), comprising a drive unit (1) for generating a rotational movement, which can be applied via a rotary drive connection (11, 9, 12) to a test piece (5), so that the test specimen with a predetermined harmonic (ω) above a average rotational speed (ω0) is applied, wherein the rotary drive connection comprises a transmission (9) with a drive wheel (2) and a driven wheel (4), wherein at least one of the wheels (2, 4) has a non-circular cross-section and the center of gravity of the non-circular wheel (2, 4) lies on the axis of rotation (A) of the non-circular wheel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsprüfstand sowie die Verwendung eines solchen. The invention relates to a torsional vibration test stand and the use of such.

Drehschwingungsprüfstände sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. So zeigt zum Beispiel die DE 2 362 059 A eine Vorrichtung zum Prüfen eines biegsamen, verzahnten Teils zur Kraftübertragung. Hierbei wird beispielsweise ein Zahnriemen zu Prüfzwecken einer Drehschwingung ausgesetzt. Torsional vibration test stands are well known in the art. So shows, for example, the DE 2 362 059 A a device for testing a flexible, toothed part for power transmission. Here, for example, a toothed belt is subjected to a torsional vibration for testing purposes.

Dabei wird eine Drehschwingung mittels einer Exzenteranordnung erzeugt. Ein Antriebsrad, welches die Drehschwingung auf den Zahnriemen überträgt, schwingt um eine mittlere Winkelgeschwindigkeit von 0 Grad pro Sekunde. Das heißt, dass das Antriebsrad zwar eine Drehschwingung vollzieht, ohne allerdings eine erkennbare Drehung zu vollziehen. In this case, a torsional vibration is generated by means of an eccentric arrangement. A drive wheel, which transmits the torsional vibration to the toothed belt, oscillates at a mean angular velocity of 0 degrees per second. This means that the drive wheel, although a torsional vibration, without, however, make a noticeable rotation.

Für manche Bauteile ist es aber erforderlich, dass diese nicht nur mit einer Drehschwingung beaufschlagt werden, sondern dass sich diese Bauteile mit einer hohen Drehzahl tatsächlich drehen, analog zu deren bestimmungsgemäßen Verwendung. Dies trifft insbesondere auf Bauteile zu, die beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet werden. Für eine realitätsnahe Prüfung werden diese in Drehung versetzt, um eine mittlere Drehgeschwindigkeit ω₀. Dieser mittleren Drehgeschwindigkeit wird dann eine Oberschwingung ω aufgeprägt, welche die eigentliche Belastung für den Prüfling darstellt. Mit Exzentererregern sind zwar auch solche Aufprägungen von Oberschwingungen möglich, allerdings nur bis zu einer gewissen Frequenz und Drehzahl. Bei höherer Drehzahl und/oder Frequenzen der Oberschwingung überlagern Unwuchteffekte die eigentlich erwünschte Drehschwingung und machen Versuchsergebnisse unbrauchbar. For some components, however, it is necessary that they are not only subjected to a torsional vibration, but that these components actually rotate at a high speed, in accordance with their intended use. This applies in particular to components that are used, for example, in a drive train of a vehicle. For a realistic test, these are set in rotation to a mean rotational speed ω ₀ . This average rotational speed is then impressed on a harmonic ω, which represents the actual load for the test specimen. With eccentric exciters, although such impressions of harmonics are possible, but only up to a certain frequency and speed. At higher speed and / or frequencies of the harmonic unbalance effects superimpose the actually desired torsional vibration and make test results useless.

Hochfrequente Drehschwingungen können auch über einstellbare Elektromotoren erzeugt werden. Der Elektromotor, der die mittlere Geschwindigkeit erzeugt, erzeugt zugleich die Oberschwingung. Solche Motoren müssen hochdynamisch sein, um Frequenzen von mehr als 100 Hz auf die mittlere Geschwindigkeit aufzuprägen. Aufgrund dieser hohen Dynamik dieser Motoren sind diese aber auch wieder anfällig für Rückkopplungen von Schwingungen, die in der Prüfanordnung entstehen. Da nämlich der Prüfling zumeist selbst ein Bauteil mit einer Drehschwingungsdynamik ist, koppelt der Prüfling bei entsprechender Anregung wiederum eigene Oberschwingungen in den Antriebsstrang in Richtung dem Elektromotor ein. Auch andere angetriebene Teile des Prüfstandes koppeln Rückschwingungen in die Antriebsverbindung ein. Die so entstehenden Überlagerungen stören wiederum die saubere Anregung durch den Elektromotor. Dem könnte zwar dadurch begegnet werden, indem der Elektromotor mit einer großen Schwungmasse ausgestattet wird; diese steht aber im Konflikt mit der gewünschten hohen Dynamik des Elektromotors. Insofern ist es derzeit nur mit extrem hohen Aufwand möglich, Drehschwingungen mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz und Amplituden von mehr als 0,2° in einem Drehschwingungsprüfstand zu erzeugen. High-frequency torsional vibrations can also be generated by adjustable electric motors. The electric motor, which generates the average speed, at the same time generates the harmonic. Such motors must be highly dynamic in order to impose frequencies of more than 100 Hz on average speed. Due to the high dynamics of these motors, however, they are also susceptible to feedback of vibrations that arise in the test arrangement. Since the test specimen is usually itself a component with a torsional vibration dynamic, the specimen in turn coupled with appropriate excitation own harmonics in the drive train in the direction of the electric motor. Other driven parts of the test bench couple return vibrations in the drive connection. In turn, the resulting superimpositions disturb the clean excitation by the electric motor. Although this could be countered by the electric motor is equipped with a large flywheel; However, this is in conflict with the desired high dynamics of the electric motor. In this respect, it is currently only possible with extremely high expenditure to produce torsional vibrations with a frequency of more than 100 Hz and amplitudes of more than 0.2 ° in a torsional vibration test stand.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungsprüfstand bereitzustellen, durch den vorgegebene Oberschwingungen über einer mittleren Drehgeschwindigkeit exakt auf einen Prüfling aufgebracht werden können. Der Prüfstand soll einen einfachen Aufbau aufweisen und kostengünstig herstellbar sein. Der Prüfstand soll eine hohe Amplitude, insbesondere zumindest 0,2°, auch bei hohen Frequenzen, zumindest 100 Hz, der Oberschwingungen erzeugen können. It is therefore an object of the present invention to provide a torsional vibration test rig, can be applied by the predetermined harmonics over a mean rotational speed exactly on a test specimen. The test stand should have a simple structure and be inexpensive to produce. The test stand should be able to generate a high amplitude, in particular at least 0.2 °, even at high frequencies, at least 100 Hz, of the harmonics.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Drehschwingungsprüfstand nach Anspruch 1 sowie die Verwendung eines solchen nach Anspruch 7; bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by a torsional vibration test stand according to claim 1 and the use of such a device according to claim 7; preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Drehschwingungsprüfstand umfasst eine Antriebseinheit zur Erzeugung einer Drehbewegung, die über eine Drehantriebsverbindung auf einen Prüfling aufgebracht werden kann, so dass der Prüfling mit einer vorgegebenen Oberschwingung über einer mittleren Drehgeschwindigkeit beaufschlagt wird. Das bedeutet, dass sich der Prüfling mit der mittleren Drehgeschwindigkeit um seine Achse dreht. Zusätzlich schwankt die mittlere Drehgeschwindigkeit des Prüflings mit der vorgegebenen Oberschwingung. The torsional vibration test stand according to the invention comprises a drive unit for generating a rotational movement, which can be applied via a rotary drive connection to a test specimen, so that the test specimen is subjected to a predetermined harmonic at an average rotational speed. This means that the specimen rotates about its axis at the average rotational speed. In addition, the mean rotational speed of the specimen varies with the predetermined harmonic.

Erfindungsgemäß umfasst nun die Drehantriebsverbindung ein Getriebe mit einem Antriebsrad und einem Abtriebsrad. Zumindest eines der Räder weist einen unrunden Querschnitt auf. Der Schwerpunkt des unrunden Rades liegt auf der Drehachse des unrunden Rades. According to the invention, the rotary drive connection now comprises a transmission with a drive wheel and a driven wheel. At least one of the wheels has a non-circular cross-section. The center of gravity of the non-circular wheel lies on the axis of rotation of the non-circular wheel.

Der Kern der Erfindung liegt also darin, dass zur Schwingungserregung ein unrundes Rad verwendet wird, dessen Schwerpunkt auf der Drehachse liegt. Im Gegensatz zu dem eingangs genannten Exzentererreger lässt sich somit die Oberschwingung ohne störende Unwuchteinflüsse erzeugen. Gleichzeitig bietet das unrunde Rad eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Oberschwingung hinsichtlich Amplitude, Frequenz, und/oder Winkel. The essence of the invention is therefore that the vibration excitation a non-circular wheel is used, the focus is on the axis of rotation. In contrast to the exciter exciter mentioned above, the harmonic can thus be generated without disturbing unbalance influences. At the same time, the non-circular wheel offers a multitude of possibilities for shaping the harmonic with regard to amplitude, frequency, and / or angle.

Vorzugsweise kann ein Zugmittelgetriebe verwendet werden, wobei zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad ein Zugmittel zwischengeschaltet ist. Hierunter werden insbesondere Riementriebe, Kettentriebe (auch Kettenriemen) verstanden. Bevorzugt sind formschlüssig arbeitende Zugmittelgetriebe, insbesondere Ketten- oder Zahnriementriebe, da diese schlupffrei arbeiten. Preferably, a traction mechanism can be used, wherein between the drive wheel and the output gear traction means is interposed. These are understood in particular belt drives, chain drives (also chain belt). Preference is given to positively acting traction mechanism, in particular chain or timing belt drives, since they work without slippage.

Ein wesentlicher Vorteil in der Anordnung liegt auch darin, dass der Elektromotor grundsätzlich nur eine konstante Drehgeschwindigkeit bereitstellen muss, ohne selbst mit den Drehschwingungen in Berührung zu kommen. Die Drehschwingung kann in der Drehantriebsverbindung also erst kurz vor dem Prüfling erzeugt werden. Dies ermöglicht Maßnahmen, die dafür sorgen, dass die Drehschwingung sich nicht bis zum Elektromotor durchpflanzt. Bevorzugt ist das Abtriebsrad das unrunde Rad. A significant advantage in the arrangement is also that the electric motor basically only has to provide a constant rotational speed, without even come into contact with the torsional vibrations. The torsional vibration can thus be generated in the rotary drive connection just before the test specimen. This allows measures to ensure that the torsional vibration does not propagate to the electric motor. Preferably, the output gear is the non-circular wheel.

Bevorzugt ist daher in der Drehantriebsverbindung vor dem Abtriebsrad ein Massenträgheitsmoment zu bilden, welches größer ist als das Massenträgheitsmoment, welches in der Drehantriebsverbindung nach dem Antriebsrad gebildet ist. Das Massenträgheitsmoment kann beispielsweise durch ein recht großes Schwungrad gebildet sein, welches vor dem Getriebe angeordnet ist oder durch das Antriebsrad des Getriebes gebildet ist. Das Schwungrad wirkt als Tiefpass für etwaige hochfrequente Schwingungen, die seitens des unrunden Rades oder des Prüflings in Richtung des Elektromotors in die Drehantriebsverbindung eingekoppelt werden. Der Elektromotor muss so lediglich eine konstante Drehzahl bereitstellen, die mit einer gewissen Wucht auf das Antriebsrad des Getriebes aufgeprägt wird. Wenn dann die Abtriebsseite des Getriebes und sämtliche nachfolgende Bauteile wie auch der Prüfling selbst in Summe eine deutlich geringere Massenträgheit aufweisen, lässt sich so eine sehr zuverlässige Anregung des Prüflings mit der mittleren Drehgeschwindigkeit und der aufgeprägten Oberschwingung erzielen. Grundsätzlich ist anstelle des großen Massenträgheitsmoments auch jeglicher anderer Tiefpassfilter vor dem Abtriebsrad denkbar. It is therefore preferred in the rotary drive connection in front of the driven gear to form a moment of inertia, which is greater than the mass moment of inertia, which is formed in the rotary drive connection to the drive wheel. The moment of inertia may be formed for example by a fairly large flywheel, which is arranged in front of the transmission or is formed by the drive wheel of the transmission. The flywheel acts as a low pass for any high frequency vibrations that are coupled by the non-circular wheel or the specimen in the direction of the electric motor in the rotary drive connection. The electric motor must thus provide only a constant speed, which is impressed with a certain force on the drive wheel of the transmission. If then the output side of the transmission and all subsequent components as well as the specimen itself in total have a significantly lower inertia, so can achieve a very reliable excitation of the specimen with the average rotational speed and the impressed harmonic. In principle, any other low-pass filter in front of the output gear is conceivable instead of the large mass moment of inertia.

Vorzugsweise weist das unrunde Rad ein Innenrad auf, an dessen Umfang ein Ringrad lösbar angebracht ist. Das Innenrad ist auf einer Welle (Abtriebs oder Antriebswelle) befestigt. Durch Lösen des Ringrads von dem Innenrad und Aufsetzen eines anderen Ringrads auf das Innenrad kann die Schwingungscharakteristik verändert werden. Bei den Ringrädern handelt es sich um speziell angefertigte Bauteile, also keine Massenartikel, da diese zur Erzeugung der Oberschwingung maßgefertigt werden müssen. Daher kommen zur Herstellung des Ringrades insbesondere Rapid-Prototype-Verfahren in Betracht, die allerdings pro Einzelteil hohe Herstellungskosten erzeugen. Um diese Herstellungskosten für das unrunde Rad gering zu halten, ist nun vorgesehen, nur das Ringrad zu ersetzen und nicht das gesamte unrunde Rad. Denn ein wesentlicher Kostentreiber bei den sogenannten Rapid-Prototype-Verfahren, beispielsweise dem 3D-Druck oder der Stereolithographie, ist die Masse des zu erstellenden Bauteils. Durch diese Aufteilung des unrunden Rades in ein Innendrad, welches für jegliche Versuche verwendet werden kann, und ein spezielles maßgefertigtes Ringrad, welches eine gewünschte spezielle Schwingungscharakteristik abbildet, kann nun die Größe und damit die Kosten des mit dem Rapid-Prototypeverfahrens herzustellenden Ringrades deutlich reduziert werden. Preferably, the non-circular wheel on an inner wheel on the circumference of a ring gear is detachably mounted. The inner wheel is mounted on a shaft (output or drive shaft). By loosening the ring gear from the inner wheel and placing another ring gear on the inner wheel, the vibration characteristic can be changed. The ring gears are specially made components, so no mass products, as they must be custom made to produce the harmonic. Therefore, in particular Rapid Prototype process come into consideration for the production of the ring gear, however, generate high production costs per item. In order to keep this manufacturing cost for the non-circular wheel low, it is now planned to replace only the ring gear and not the entire non-circular wheel. Because a significant cost driver in the so-called rapid prototype method, such as 3D printing or stereolithography, is the mass of the component to be created. By this division of the non-circular wheel in an inner wheel, which can be used for any experiments, and a special custom ring gear, which maps a desired specific vibration characteristics, the size and thus the cost of the produced with the rapid prototype ring gear can now be significantly reduced ,

Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Masse des Ringrades jeweils maximal 20 % des gesamten unrunden Rades beträgt. Der mittlere Durchmesser des Innenrades beträgt vorzugsweise zumindest 50% des mittleren Durchmessers des unrunden Rades. Für die Verbindung zwischen Ringrad und Innenrad eignen sich insbesondere formschlüssige Verbindungen, beispielsweise eine Verzahnung. Die Querschnitte können auch innen- bzw. außenoval ausgestaltet sein. Auch hier ist es bevorzugt, dass der Schwerpunkt des Innenrades auch für sich genommen auf der Drehsachse liegt. Somit muss dann für die unterschiedlichen Ringräder auch sichergestellt werden, dass auch deren Schwerpunkt auf der jeweiligen Drehachse liegt, um ein ausgewuchtetes unrundes Rad zu erhalten. Preferably, it is therefore provided that the mass of the ring gear amounts to a maximum of 20% of the total non-circular wheel. The mean diameter of the inner wheel is preferably at least 50% of the mean diameter of the non-circular wheel. For the connection between the ring gear and the inner wheel are in particular positive connections, such as a toothing. The cross sections can also be configured inside or outside oval. Again, it is preferred that the center of gravity of the inner wheel also taken on its own axis of rotation. Thus, it must then be ensured for the different ring wheels that their center of gravity is on the respective axis of rotation in order to obtain a balanced non-circular wheel.

Vorzugsweise ist das unrunde Rad Bestandteil eines Kombirades, welches mehrere fest miteinander verbundene unrunde Räder unterschiedlichen Querschnitts aufweist. Durch Aktivieren eines dieser unrunden Räder kann die Schwingungscharakteristik auch ohne wesentliche Unterbrechung eines Testlaufs durchgeführt werden, insbesondere ohne Demontage eines unrunden Rades. Die unrunden Räder können sich vorzugsweise in der Form des Querschnittes voneinander unterscheiden, so dass unterschiedlichen Amplituden, Schwingwinkel und Frequenzen realisiert werden. Die Übergänge zwischen den Rädern können stetig sein, so dass eine stufenlose Verstellung möglich ist. Die Aktivierung eines unrunden Rades kann zwar grundsätzlich per Hand erfolgen; bevorzugt ist aber ein Verstellmechanismus zur Aktivierung eines unrunden Rades vorgesehen. Im Falle eines Zugmittelgetriebes kann dies ein Verschiebemechanismus sein, der die axiale Position des Zugmittels verändert, insbesondere ähnlich der Kettenschaltung eines Fahrrades. Preferably, the non-circular wheel is part of a combined cycle, which has a plurality of fixedly connected non-circular wheels of different cross sections. By activating one of these non-round wheels, the vibration characteristic can also be carried out without substantial interruption of a test run, in particular without disassembly of a non-round wheel. The non-round wheels may preferably differ from one another in the shape of the cross section, so that different amplitudes, oscillation angles and frequencies are realized. The transitions between the wheels can be steady, so that a stepless adjustment is possible. The activation of a non-circular wheel can basically be done by hand; but preferably an adjusting mechanism for activating a non-circular wheel is provided. In the case of a traction mechanism, this may be a displacement mechanism which changes the axial position of the traction means, in particular similar to the derailleur of a bicycle.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch folgende Vorteile aus:
Es sind hohe Schwingungsfrequenzen möglich, insbesondere von zumindest 100Hz oder vorzugsweise zumindest 150Hz oder weiter bevorzugt zumindest 500Hz. Es wird eine gleichzeitig drehende und schwingende Bewegung ermöglicht. Die Schwingungserregung kommt ohne Erregung einer Unwucht aus. Der Aufbau ist kostengünstig, da auf hochspezialisierte Elektronik verzichtet werden kann. Es sind recht große Schwingwinkel möglich, vorzugsweise von mehr als 0,2° bei Frequenzen von mehr als 100 Hz. Es können nicht harmonische Schwingungen erzeugt werden. Durch zusätzlich Integration eines Getriebes kann die Schwingungsamplitude unabhängig von der Frequenz eingestellt werden Der grundsätzlich robuste Aufbau kann auch unter thermischen Extrembedingungen verwendet werden. Bauteilskombinationen, wie Drehschwingungsdämpfer und Riementriebe können in Kombination getestet werden. Es können über mehrere Abtriebswellen auch mehrere gleichartige Bauteile gleichzeitig getestet werden. Der Torsionsbelastung kann eine Biegeumlaufbelastung überlagert werden, was realitätsnahen Betriebbedingungen entspricht. The device according to the invention is characterized in particular by the following advantages:
High vibration frequencies are possible, in particular of at least 100 Hz or preferably at least 150 Hz or more preferably at least 500 Hz. It allows a simultaneous rotating and swinging movement. The vibration excitation comes without excitation of an imbalance. The structure is inexpensive because it can be dispensed with highly specialized electronics. There are quite large swing angle possible, preferably more than 0.2 ° at frequencies higher than 100 Hz. Harmonic vibrations can not be generated. By additionally integrating a gearbox, the vibration amplitude can be adjusted independently of the frequency. The fundamentally robust construction can also be used under extreme thermal conditions. Component combinations such as torsional vibration dampers and belt drives can be tested in combination. It can also be tested several output shafts several similar components simultaneously. The torsional load can be superimposed on a bending cycle load, which corresponds to realistic operating conditions.

Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Hierin zeigt The invention will be explained in more detail below with reference to the figures. Herein shows

1 schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Drehschwingungsprüfstandes; 1 schematically the structure of the torsional vibration tester according to the invention;

2 schematisch das Zugmittelgetriebe des Prüfstandes nach 1; 2 schematically the traction mechanism of the test bench after 1 ;

3 den Querschnitt des unrunden Rades des Zugmittelgetriebes nach 2 und die Darstellung einer resultierenden Drehschwingung
a) eines elliptischen unrunden Rades,
b) eines ovalen unrunden Rades; 3 the cross section of the non-circular wheel of the traction mechanism after 2 and the representation of a resulting torsional vibration
a) an elliptical non-circular wheel,
b) an oval non-circular wheel;

4 schematisch den Aufbau des unrunden Rades des Zugmittelgetriebes nach 3; 4 schematically the structure of the non-circular wheel of the traction mechanism according to 3 ;

5 ein Diagramm des Drehwinkelverlaufs der Abtriebswelle über der Zeit; 5 a diagram of the rotational angle of the output shaft over time;

6 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drehschwingungsprüfstandes. 6 a development of the invention Drehschwingungsprüfstandes.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Prüfstand 10. Ein Elektromotor 1 treibt eine Antriebswelle 11 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit ω₀ an. Die Antriebswelle 11 ist über einen Riementrieb 9 mit einer Abtriebswelle 12 verbunden. Über die Abtriebswelle 12 wird wiederum ein Prüfling 5 angetrieben, der abtriebsseitig mit einer Lastwelle 13 verbunden ist. Die Lastwelle 13 ist an eine optionale Bremse 6 angeschlossen, vorzugsweise eine verschleißfreie Bremse. Der Riementrieb 9 umfasst ein Antriebsrad 2, welches auf der Antriebswelle 11 befestigt ist, sowie ein Abtriebsrad 5, welches auf der Ausgangswelle 12 befestigt ist. Zwischen beiden Rädern 2, 4 ist ein Zahnriemen 3 vorgesehen, der die Drehbewegung von dem Antriebsrad 2 auf das Abtriebsrad 4 schlupffrei überträgt. 1 shows a test stand according to the invention 10 , An electric motor 1 drives a drive shaft 11 at a constant rotational speed ω ₀ . The drive shaft 11 is via a belt drive 9 with an output shaft 12 connected. About the output shaft 12 in turn becomes a candidate 5 driven, the output side with a load shaft 13 connected is. The load shaft 13 is on an optional brake 6 connected, preferably a wear-free brake. The belt drive 9 includes a drive wheel 2 which is on the drive shaft 11 is fixed, and a driven wheel 5 which is on the output shaft 12 is attached. Between the two wheels 2 . 4 is a timing belt 3 provided, the rotational movement of the drive wheel 2 on the output gear 4 without slippage transfers.

Antriebsseitig ist an der Antriebswelle 11 ein Massenschwungrad 10 angeordnet. Dieses Massenschwungrad 10 erhöht die Massenträgheit auf Seiten des Antriebsrades 2. Die Massenträgheit auf der Antriebsseite ist nun um ein vielfaches höher als auf der Abtriebsseite, also auf der Seite des Riementriebs 9, welcher in Antriebsrichtung betrachtet dem Riemen 3 nachgelagert ist. Um etwaige Schwingungen in der Antriebsverbindung zu vermeiden kann vor dem Abtriebsrad ein Dämpfmittel für unerwünschte Drehschwingungen vorgesehen werden. Im vorliegenden Zugmittelgetriebe kann dies durch Riemenspanner realisiert sein. Drive side is on the drive shaft 11 a mass flywheel 10 arranged. This mass flywheel 10 increases the inertia on the side of the drive wheel 2 , The inertia on the drive side is now many times higher than on the output side, ie on the side of the belt drive 9 which viewed in the drive direction the belt 3 is downstream. In order to avoid any vibrations in the drive connection, a damping means for unwanted torsional vibrations can be provided in front of the driven wheel. In the present traction mechanism, this can be realized by belt tensioner.

Das Antriebsrad 2 ist kreisrund ausgebildet. Bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit ω₀ der Antriebswelle 11 wird nun der Riemen 3 mit einer konstanten Umlaufgeschwindigkeit betrieben. Das Abtriebsrad 4 hingegen ist unrund ausgebildet, im vorliegenden Fall elliptisch. Auf die Abtriebswelle 12 wird nun eine Drehgeschwindigkeit übertragen, die eine Oberschwingung aufweist. The drive wheel 2 is circular. At a constant rotational speed ω _{0 of} the drive shaft 11 now becomes the belt 3 operated at a constant rotational speed. The driven wheel 4 on the other hand, it is out of round, in this case elliptical. On the output shaft 12 Now a rotational speed is transmitted, which has a harmonic.

In 3 werden beispielhaft mögliche Formen des unrunden Rades 4 beschrieben. 3a zeigt das elliptische Abtriebsrad 4 entsprechend 2. Rechts daneben ist das Geschwindigkeitsprofil der Abtriebswelle 11 gezeigt, welches eine Oberschwingung ω um die mittlere Drehgeschwindigkeit ω₀ aufweist. Hierbei handelt es sich um eine Oberschwingung zweiten Grades. 3b zeigt ein Abtriebsrad 4 mit ovalem Querschnitt als mögliche Alternative. Hierdurch wird eine Oberschwingung ersten Grades erzeugt, wie im rechts nebenstehenden Geschwindigkeitsprofil gezeigt ist. In 3 become exemplary possible forms of the non-circular wheel 4 described. 3a shows the elliptical output gear 4 corresponding 2 , Right next to it is the speed profile of the output shaft 11 which has a harmonic ω about the average rotational speed ω ₀ . This is a second harmonic. 3b shows a driven wheel 4 with oval cross-section as a possible alternative. As a result, a harmonic of the first degree is generated, as shown in the right side speed profile.

4 zeigt den Aufbau des unrunden Rades 4. Das unrunde Rad 4 ist auf der Abtriebswelle 12 gehalten. Dabei ist ein Innenrad 7 vorgesehen, welches fest auf der Abtriebswelle 12 befestigt ist. Auf dem Innenrad 7 ist lösbar ein Ringrad 8 angeordnet, welches die eigentlich definierte unrunde Form bildet. Für unterschiedliche Drehschwingungscharakteristiken können unterschiedliche Ringräder 8 auf das Innenrad 7 aufgesetzt werden. Das Innenrad verbleibt auf der Abtriebswelle 12. 4 shows the structure of the non-circular wheel 4 , The non-circular wheel 4 is on the output shaft 12 held. This is an inner wheel 7 provided, which firmly on the output shaft 12 is attached. On the inner wheel 7 is detachable a ring gear 8th arranged, which forms the actually defined non-circular shape. Different ring gears can be used for different torsional vibration characteristics 8th on the inner wheel 7 be put on. The inner wheel remains on the output shaft 12 ,

4 zeigt ein Ringrad, welches dem in 3a dargestellten unrunden Rad entspricht. 4 shows a ring gear, which the in 3a represented uneven wheel corresponds.

Soll nun beispielsweise eine Drehschwingungscharakteristik erzeugt werden, wie in 3b gezeigt wird, so müsste ein anderes Ringrad 8 auf den das Innenrad 7 aufgesetzt werden, welches eine Außenkontur aufweist, wie in 3b gezeigt ist, also zum Beispiel mit ovaler Außenkontur. If, for example, a torsional vibration characteristic is to be generated, as in FIG 3b is shown, so would have another ring gear 8th on the the inner wheel 7 be placed, which has an outer contour, as in 3b is shown, so for example with an oval outer contour.

Anhand 5 wird erläutert, wie der Begriff „Schwingungsamplitude“, kurz Amplitude, im Kontext der vorliegenden Erfindung zu verstehen ist. In dem Diagramm ist der Drehwinkel φ, den die Abtriebswelle 12 einnimmt, über der Zeit dargestellt. Bei einem Drehwinkel von 360° ist eine Umdrehung vollzogen. Mit φ_M ist gestrichelt die mittlere Drehwinkeländerung über der Zeit dargestellt. Diese wird überlagert durch die Schwingung ∆φ, so dass die tatsächliche Drehwinkelposition φ_M+ ∆φ einimmt. Die maximale Abweichung ∆φ_max der tatsächlichen Drehposition von der mittleren Drehposition φ_M ist die Amplitude der Drehschwingung. Mit dem vorliegenden Prüfstand sind Ampituden von mehr als 0,2° bei mehr als 100 Hz möglich, was bisher nur mit aufwendigen und teuren Prüfständen möglich war. Based 5 explains how the term "vibration amplitude", short amplitude, to understand in the context of the present invention. In the diagram, the rotation angle φ, which is the output shaft 12 takes over the time shown. At a rotation angle of 360 °, one revolution is completed. With φ _M dashed is the middle one Rotation angle change over time shown. This is superimposed by the oscillation Δφ, so that the actual rotational angular position φ _M + Δφ takes. The maximum deviation Δφ _{max of} the actual rotational position from the middle rotational position φ _M is the amplitude of the rotational vibration. With this test stand, amplitudes of more than 0.2 ° are possible at more than 100 Hz, which was previously only possible with expensive and expensive test stands.

6 zeigt eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drehschwingungsprüfstandes. Abtriebssseitig ist am Zugmittelgetriebe 9 ein Kombirad 15 vorgesehen, welches mehrere unrunde Abtriebsräder 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃ aufweist. Diese sind einstückig miteinander ausgebildet. Die Übergänge zwischen den unrunden Rädern sind stetig, so dass eine stufenlose Verstellung vorgenommen werden kann. Das unrunde Rad 4 ₁ weist z.B. einen elliptischen Querschnitt auf, wie er in 3a; das unrunde Rad 4 ₂ weist z.B. einen ovalen Querschnitt auf, wie er in 3b gezeigt ist. Über einen Verstellschieber 16 kann die axiale (bezogen auf die Antriebsachse) Position des Riemens 3 verändert werden, wodurch eingestellt werden kann, um welches unrunde Rad 4 der Riemen laufen soll. Die Verstellung der Drehschwingungscharakteristik kann so während des Betriebs ohne Demontage / Montage des unrunden Rades erfolgen. 6 shows a development of the invention Drehschwingungsprüfstandes. On the output side is on the traction mechanism 9 a Kombirad 15 provided, which has several non-circular output wheels 4 ₁ , 4 ₂ , 4 ₃ has. These are integrally formed with each other. The transitions between the non-circular wheels are continuous, so that a stepless adjustment can be made. The non-circular wheel 4 ₁ , for example, has an elliptical cross section, as in 3a ; the non-circular wheel 4 ₂ , for example, has an oval cross-section, as in 3b is shown. About a slide 16 can be the axial (relative to the drive axis) position of the belt 3 can be changed, which can be adjusted to which non-circular wheel 4 the belt should run. The adjustment of the torsional vibration characteristic can thus take place during operation without disassembly / assembly of the non-circular wheel.

Eine mögliche Prüfung umfasst einen Drehschwingungsdämpfer als Prüfling 5 mit einer Ringmasseträgheit von Θ_Ring = 0,045 kg/m², einer Torsionssteifigkeit von c_T = 19500 Nm/rad und einer primären Massenträgheit von Θ_Nabe = 0,002 kg/m². Die primäre Masse ist fest mit der Abtriebseinheit des Prüfstands verbunden, die Ringmasse ist freischwingend. Die erste Torsionseigenfrequenz des Prüflings liegt somit bei 330 Hz. One possible test involves a torsional vibration damper as a test object 5 with a ring mass inertia of Θ _ring = 0.045 kg / m ² , a torsional rigidity of c _T = 19500 Nm / rad and a primary mass inertia of Θ _hub = 0.002 kg / m ² . The primary mass is firmly connected to the output unit of the test rig, the ring mass is free-swinging. The first torsional natural frequency of the test object is thus 330 Hz.

Der Prüfling soll nun frei in Resonanz schwingen, also ohne Last 6, wobei dem Prüfling über die Abtriebswelle 12 eine eine Amplitude von 0,1° aufgeprägt werden soll. Zur Erreichung dieser Prüfwerte werden am Prüfstand folgende Parameter eingestellt:
Massenträgheitsmoment der Antriebsseite: Θ_Antrieb= 1,00 kg/m²;
Massenträgheitsmoment der primären Abtriebsseite: Θ_Abtrieb= 0,01 kg/m²;
Radius der Antriebsscheibe: r_Abtrieb = r_Antrieb +0,1745 mm × cos (α);
Radius der Abtriebsscheibe: r_Antrieb = 100 mm;
Drehwinkel der Antriebsscheibe: α;
Drehzahl Antrieb: 4950 1/min;
Form des Abtriebrades: Doppelellipse zur Erzeugung einer Oberschwingung 4. Grades The test object should now oscillate freely in resonance, ie without load 6 , wherein the test specimen on the output shaft 12 an amplitude of 0.1 ° to be impressed. To achieve these test values, the following parameters are set on the test bench:
Mass moment of inertia of the drive side: Θ _drive = 1.00 kg / m ² ;
Mass moment of inertia of the primary output side: Θ _output = 0.01 kg / m ² ;
_Drive pulley radius: r _output = r _drive +0.1745 mm × cos (α);
Radius of the driven pulley: r _drive = 100 mm;
Rotation angle of the drive pulley: α;
Speed drive: 4950 1 / min;
Shape of the output gear: Double ellipse for generating a 4th harmonic

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Motor engine
22: Antriebsrad drive wheel
33: Zahnriemen toothed belt
44: Abtriebsrad output gear
55: Prüfling examinee
66: Bremse brake
77: Innenrad inner wheel
88th: Ringrad ring gear
99: Riementrieb belt drive
10 10: Schwungrad flywheel
11 11: Antriebswelle drive shaft
12 12: Abtriebswelle output shaft
13 13: Lastwelle Last wave
15 15: Kombirad Combi Wheel
16 16: Verstellschieber Adjusting slide

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2362059 A [0002]

Claims

Torsional Dynamometer ( 10 ) comprising a drive unit ( 1 ) for generating a rotational movement, which via a rotary drive connection ( 11 . 9 . 12 ) to a test object ( 5 ) can be applied, so that the test specimen is subjected to a predetermined harmonic (ω) over an average rotational speed (ω ₀ ), characterized in that the rotary drive connection a transmission ( 9 ) with a drive wheel ( 2 ) and a driven wheel ( 4 ), wherein at least one of the wheels ( 2 . 4 ) has a non-circular cross section and the center of gravity of the non-circular wheel ( 2 . 4 ) lies on the axis of rotation (A) of the non-circular wheel.

Torsional vibration test stand according to the preceding claim, characterized in that the transmission is a traction mechanism ( 9 ), wherein between the drive wheel ( 2 ) and the driven wheel ( 4 ) a traction means ( 3 ) is interposed.

Torsional vibration test stand according to one of the preceding claims, characterized in that in the rotary drive connection in front of the driven gear ( 4 ) an inertia moment is formed, which is greater than an inertia moment, which in the rotary drive connection after the drive wheel ( 2 ), in particular including the test specimen, is preferably at least 10 times larger, preferably at least 50 times, preferably at least 100 times larger.

Torsional vibration test stand according to one of the preceding claims, characterized in that in front of the driven gear ( 3 ) a flywheel ( 10 ), which has a greater mass moment of inertia, than the sum of the arranged after the drive wheel in the rotary drive connection rotating elements, in particular including the specimen.

Torsional vibration test stand according to one of the preceding claims, characterized in that the non-circular wheel is an inner wheel ( 7 ), on whose circumference a ring gear ( 8th ) is releasably dissuaded.

Torsional vibration test stand according to the preceding claim, characterized in that both the center of gravity of the inner wheel ( 7 ) as well as the center of gravity of the ring gear ( 8th ) lie on the axis of rotation (A).

Torsional vibration test stand according to the preceding claim, characterized in that the inner wheel ( 7 ) has a weight which is at least four times as large as the weight of the ring gear.

Torsional vibration test stand according to the preceding claim, characterized in that the non-circular wheel ( 4 ) Part of a combined cycle ( 15 ), which has several non-round wheels ( 4 ₁ , 4 ₂ , 4 ₃ ) has different cross-section.

Use of a torsional vibration test stand ( 10 ) according to one of the preceding claims, for the torsional vibration test of the test piece ( 5 ).

Use according to claim 9 in conjunction with a torsional vibration test stand according to claim 6 or 7, characterized in that for changing the torsional vibration characteristic of the ring gear ( 8th ) of the inner wheel ( 7 ) and another ring gear ( 8th ) on the inner wheel ( 7 ) is mounted.

Use according to claim 9 in conjunction with a torsional vibration test stand according to claim 8, characterized in that for changing the torsional vibration characteristic another non-circular wheel ( 4 ₁ , 4 ₂ , 4 ₃ ) of the combined cycle ( 15 ) is activated without interruption of the test, in particular by means of an adjusting mechanism ( 16 ).

Use according to claim any one of claims 9 to 11, characterized in that an additional load, in particular a bending circulation load is applied to the test specimen.