DE102018009660A1

DE102018009660A1 - Device for the multidimensional simultaneous excitation of components

Info

Publication number: DE102018009660A1
Application number: DE102018009660.3A
Authority: DE
Inventors: Boris Schneidhuber; Bernhard König
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-08
Filing date: 2018-12-08
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur multidimensionalen Simultan-Erregung insbesondere von Komponenten, eines Verkehrsmittels, Kraft- Luft-Wasser- oder Raum-Fahrzeugs- sowie Containers, umfassend eine Bodenplatte, einem oder mehreren schnell wechselbaren, auf der Bodenplatte in den Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung schubladenartig arretierte Shaker mit einem zu mehrdimensionalen Schwingungen antreibbaren, schwimmend gelagerten Aufnahmerahmen. Die Kraftübertragung der Shaker durch einen mit dem Aufnahmerahmen gekoppelten in Schwingkraftrichtung starren Stößel oder Stab, der so ausgebildet ist, dass die Schwingungen der jeweils anderen Koordinatenachsen vom Stößel flexibel abgefedert werden, lässt die vorgenannte multidimensionale Aufnahmerahmen-Anregungen zu. Der Aufnahmerahmen ist mit Federabstützungen, schwimmend gelagert. Der Schwingprüfstand zeichnet sich dadurch aus, dass beispielsweise die auf einer Straße oder Schlechtwegstrecke zu prüfenden Teilbereiche eines Fahrzeugs bei fahrbetriebsanaloger oder geraffter Schwinganregung alle Konzept- und Ausführungs-Unzulänglichkeiten, sichtbar werden lässt.The invention relates to a device for multidimensional simultaneous excitation, in particular of components, a means of transport, motor-air-water or space vehicle and container, comprising a base plate, one or more quickly exchangeable ones on the base plate in the coordinate axes of the X- , Y and Z directions Shaker locked like a drawer with a floating mounting frame that can be driven to multidimensional vibrations. The power transmission of the shaker by a tappet or rod which is coupled to the receiving frame and is rigid in the direction of the force of vibration and which is designed such that the vibrations of the other coordinate axes are flexibly cushioned by the tappet allows the aforementioned multidimensional receiving frame suggestions. The mounting frame is floating with spring supports. The vibration test bench is characterized by the fact that, for example, the sub-areas of a vehicle to be tested on a road or rough-road route make all concept and execution inadequacies visible in the case of driving operations analog or shirred vibration excitation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mehrdimensionalen Erregung sowie Anregung von Komponenten, insbesondere eines Verkehrsmittels, Kraft- Luft-Wasser- oder Raum-Fahrzeugs sowie Containers, umfassend eine Bodenplatte oder ein Rahmen, mehrere auf der Bodenplatte verschiebbar und fixierbar gelagerte Shaker in dreidimensionaler Ausrichtung, deren Erregung mittels nur in Schwingkraftrichtung starrer Stößel oder mehrdimensionaler Lager in einen oder mehrere schwimmend gelagerte Aufnahmerahmen für Teile oder Komponenten, insbesondere mittels Luftfeder gelagerte Aufnahmerahmen, eingeleitet wird.The invention relates to a device for multidimensional excitation and excitation of components, in particular a means of transport, motor vehicle, air-water, space vehicle and container, comprising a base plate or a frame, a plurality of shakers which are displaceably and fixably mounted on the base plate in a three-dimensional orientation, the excitation of which is initiated by means of plungers or multidimensional bearings which are only rigid in the direction of the force of vibration in one or more floating mounting frames for parts or components, in particular mounting frames mounted by means of air springs.

Eine derartige Vorrichtung zur Durchführung einer Schwingungs-Anregungsprüfung ist aus der DE 20 2006 018 911.4 bekannt. Zur Simulation einer Schlechtwegstrecke und zur Durchführung einer Schwingprüfung zum Beispiel an einer Fahrzeug-Komponente ist dabei vorgesehen, mit einem Schwingungserreger nacheinander die möglichen Anregungsdimensionen durch den jeweiligen Umbau der zu prüfenden meist sehr aufwendig befestigten Komponente, in den Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung zu erregen. Um beispielsweise unterschiedlich schlechte Straßen- oder Bodenbeschaffenheitszustände zu simulieren, ohne die auf dem Bauteilaufnahmerahmen meist aufwendig fixierte Fahrzeug-Komponente umzubauen, ist vorgesehen, alle drei Koordinatenachsen mit einer speziellen Form einer Parallelkinematik, die über sechs Schwingerreger-Beine veränderlicher Länge verfügt, zu schütteln. Diese Konstruktion auch Hexapod genannt, ermöglicht eine Beweglichkeit in allen sechs Freiheitsgraden entsprechend drei translatorische sowie drei rotatorische Freiheitsgrade. Um diese im Raum voneinander unabhängige Bewegungen, die in der Regel auch nur im niedrigen Frequenzbereich wirken, zu ermöglichen, ist eine aufwendige kostenintensive Parallelkinematik-Maschine mit sechs Schwingungserreger inklusive einer komplexen Regelungs-Software zu betreiben. Dies ist aber unerwünscht, wenn durch hohe Kapitalaufwendungen und Komplexitätsanfälligkeit die Betriebskosten den Betreiber der Anlage belasten.Such a device for carrying out a vibration excitation test is from the DE 20 2006 018 911.4 known. To simulate a rough road section and to carry out a vibration test, for example on a vehicle component, the possible excitation dimensions are successively provided with a vibration exciter through the respective modification of the component, which is usually very laboriously fastened, in the coordinate axes of the X, Y and To excite the Z direction. In order to simulate different road or ground conditions, for example, without having to convert the vehicle component, which is usually laboriously fixed on the component mounting frame, it is planned to shake all three coordinate axes with a special form of parallel kinematics, which has six variable-speed exciter legs. This construction, also called hexapod, enables mobility in all six degrees of freedom, corresponding to three translational and three rotational degrees of freedom. In order to enable these movements, which are independent of each other in the room and generally only work in the low frequency range, a complex, cost-intensive parallel kinematics machine with six vibration exciters including complex control software must be operated. However, this is undesirable if the operating costs burden the operator of the system due to high capital expenditure and complexity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prüfmaschine zur Simulation von betriebsanalogen Anregungsprofilen für Kraft- Luft- oder Raum- Fahrzeugssowie für Containers mittels Schwingungserreger zu schaffen, die dann ein oder mehrere zu prüfenden Teile oder Komponenten beispielsweise gleichzeitig in den Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung ohne Umbau der Prüflinge zu testen. Die Aufnahmepunkte für die Prüflinge sind so gewählt, dass der Prüfling in Original-Lage (zum Beispiel wie im Fahrzeug) verankert werden kann. Zur Durchführung einer Schwingprüfung sind am Bauteilaufnahmerahmen Schwingungserreger fixiert deren Schwing-Profile zum Beispiel zur Simulation einer Schlechtwegstrecke fungieren. Um unterschiedliche Straßenzustände zu simulieren, sind der oder die Shaker variabel einstellbar. Somit können sowohl mit Einem, als auch mit mehreren Shakern die zu prüfenden Komponenten entsprechend angeregt werden. Bei Tests zum Beispiel mit nur einem Shaker sind auf dem Rahmen mittels Schnellverschlüssen, ein rasches Wechseln zwischen Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung möglich.The invention has for its object to provide a testing machine for simulating operational analog excitation profiles for air, space or vehicle as well as for containers by means of vibration exciters, which then one or more parts or components to be tested, for example simultaneously in the coordinate axes of the X, Y - Test the Z direction without converting the test specimens. The mounting points for the test objects are chosen so that the test object can be anchored in the original position (for example, as in the vehicle). To carry out a vibration test, vibration exciters are fixed to the component mounting frame, whose vibration profiles function, for example, to simulate a rough road. In order to simulate different road conditions, the shaker (s) can be variably adjusted. Thus, the components to be tested can be stimulated accordingly with both one and several shakers. In tests, for example with just one shaker, quick-release fasteners on the frame enable a quick change between coordinate axes in the X, Y and Z directions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Schwing-Vorrichtung der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, dass die Kräfte der verschiedenen Shaker, beispielsweise bei drei gleichzeitig in unterschiedlichen Richtungen schwingenden Shakern, jeweils nur bei einem Shaker in einer Koordinatenachse starr, also kraftschlüssig und in den anderen Richtungen flexibel, also abgefedert in den Bauteilaufnahmerahmen eingeleitet werden.According to the invention, this object is achieved with a vibrating device of the type mentioned at the outset, in that the forces of the different shakers, for example in the case of three shakers vibrating simultaneously in different directions, are each rigid in one coordinate axis, that is to say non-positively and in the other, only in one shaker Directions can be introduced flexibly, so cushioned in the component mounting frame.

Der erfindungsgemäße Schwingprüfstand zur Durchführung einer Teile- oder Komponentenprüfung bei simulierter Straßenfahrt, zeichnet sich dadurch aus, dass die auf einer Straße oder Schlechtwegstrecke zu prüfenden Teilbereiche eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel Instrumententafeln, Türen oder Sitze, bei fahrbetriebsnaher Schwinganregung alle Konzept- und Ausführungs-Unzulänglichkeiten, zum Beispiel akustische- wie auch mechanische oder elektronische Fehler, sichtbar werden lässt.The vibration test bench according to the invention for carrying out a parts or component test during simulated road travel is characterized in that the sub-areas of a vehicle to be tested on a road or rough road, such as instrument panels, doors or seats, with all vibration-related vibration excitation, all concept and execution Inadequacies, for example acoustic as well as mechanical or electronic errors, become visible.

Damit alle schwingenden Teilbereiche der multidimensionalen Simultan-Erregung-Prüfanlage vor Eigenschwingungen/ Resonanzen geschützt sind, ist der eingangs erwähnte Bauteilaufnahmerahmen in seiner Konzeption resonanzarm gestaltet und mit Schwingelementen bzw. Federabstützungen zum Bodenrahmen abgestützt, damit es zu keiner übermäßigen Geräuschentwicklung kommt, welche die Durchführung von akustischen Messungen beeinträchtigen würde. Diese Federabstützung ist vorzugsweise eine Luftfeder.So that all vibrating sub-areas of the multidimensional simultaneous excitation test system are protected from natural vibrations / resonances, the component mounting frame mentioned at the outset is designed with low resonance and is supported with vibrating elements or spring supports to the floor frame, so that there is no excessive noise which leads to the implementation of would affect acoustic measurements. This spring support is preferably an air spring.

Die jeweiligen Shaker können von mechanischer, hydraulischer oder elektromagnetischer Bauart sein. Hinsichtlich des für eine multidimensionale Simultan-Erregung zu Simulation beispielsweise von Straßenanregungen notwendigen Frequenzumfangs einerseits und der angestrebten geringen Geräuschentwicklung, wie auch der kompakten Bauweise andererseits, hat sich ein Magnetkraft Schwingungserzeuger, der permanent- und elektro-Magnetismus zur Erzeugung der Schwingkraft nutzt, als besonders geeignet erwiesen. Aufgrund dieser Bauweise eignen sich solche als Shaker bezeichnete Schwingungserreger besonders zur Erzeugung zeitveränderlicher Kräfte mit harmonischem, also sinusförmigem Verlauf. Es ist aber auch möglich, Kraftverläufe mit ständig und zufällig wechselnden Amplituden, also farbige Rauschsignale wiederzugeben.The respective shaker can be of mechanical, hydraulic or electromagnetic type. With regard to the frequency range necessary for a multidimensional simultaneous excitation to simulate, for example, road excitations and the desired low noise development, as well as the compact design, a magnetic force oscillator that uses permanent and electro-magnetism to generate the oscillating force has become special proven suitable. Because of this design, such vibration exciters, known as shakers, are particularly suitable for generating time-varying forces with a harmonic, that is to say sinusoidal, course. But it is also possible to use force profiles constantly and randomly changing amplitudes, i.e. reproducing colored noise signals.

Bei einer konstruktiv und preislich einfach ausgebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen multidimensionalen Simultan-Erregung-Prüfstandes, werden zweckmäßigerweise mit einem Schwingerreger, durch Wechsel der möglichen Schwing-Positionen, zum Beispiel nacheinander, alle Koordinaten-Achsen geprüft, ohne die auf dem Bauteil-Aufnahmerahmen meist aufwendig fixierten Fahrzeug-Teile umzubauen.In a structurally and inexpensively designed embodiment of the multidimensional simultaneous excitation test stand according to the invention, all the coordinate axes are expediently checked with a vibration exciter, by changing the possible vibration positions, for example in succession, without the usually complex on the component mounting frame convert fixed vehicle parts.

Gemäß einer Weiterbildung des Schwing-Testsystems ist vorgesehen, dass durch ein Shaker-Baukastensystem entsprechend mit Hub- und Kraft-Anpassung, veränderliche Shaker oder Schwingerreger fast alle erforderlichen Prüfungen für Kraft- Luft- oder Raum-Fahrzeuge sowie Wasserfahrzeuge oder Container ermöglichen.According to a further development of the vibration test system, it is provided that a shaker modular system with stroke and force adjustment, variable shakers or vibration exciters enable almost all the necessary tests for air, space or space vehicles as well as water vehicles or containers.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.Two preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail below.

Es zeigt:

1 eine schematische Schrägansicht eines Schwing-Testsystems

It shows:

1 a schematic oblique view of a vibration test system

In 1 ist eine Bodenplatte 1 mit drei Shaker 2 gezeigt, auf denen zu prüfende Teile oder Komponenten auf einem Aufnahmerahmen 3 fixiert werden können und somit multidimensional, wie beispielsweise real in einer Automotive-Straßenfahrt. Ein solcher Schwingprüfstand ist üblicherweise am Ende einer Fertigungs-Linie beispielsweise zusätzlich mit Schraub-Fixierungen 10 auf einer Seismischen-Masse stehend fixiert und innerhalb einer Analyse-Akustik- oder Klimakammer einer Automotive-Teile-Produktion angeordnet. Der Aufnahmerahmen 3 ist mit Federabstützungen 4 vorzugsweise bestehend aus Luftfedern schwimmend gelagert. Die Anbindung der Shaker 2 an den Aufnahmerahmen 3 ist durch ausgebildete Verankerungsöffnungen 5 arretiert. Die Shaker-Aufnahmetaschen 6 und 7 sind zum schnellen Wechsel eines Shakers 2 in die jeweiligen Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung bei Achs separaten Prüfungen angebracht. Die Shaker-Aufnahmetasche 6 ist Schubladenartig in Einschubführungen 7 und zusätzlich kraftschlüssig fixiert. Der schwimmend gelagerte Bauteilaufnahmerahmen 3, ist mit dem Shaker 2 mit einem nur in Schwingkraftrichtung starren Stößel 8 gekoppelt, der in einer an dem Bauteil-Aufnahmerahmen ausgebildete, zum Fixieren dienende Verankerungsöffnung 5 befestigt ist. Durch die in drei Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtung arbeitenden Shaker 2 ist der nur in Schwingkraftrichtung starre Stößel 8 so ausgebildet, dass die Schwingungen der jeweils zwei anderen Koordinatenachsen des Stößels 8 flexibel abgefedert werden. Vorzugsweise ist der Stößel 8 aus einem ausreichend steifen runden Federstahl. Ein Shaker Wechsel-Vorgang der sehr leichten magnetisch arbeitenden Shaker 2 wird dabei durch Haltegriffe 9 an der Aufnahmetasche 6 vereinfacht. Zum einfachen Transport der multidimensionalen Shaker-Testanlage in den jeweilig benötigten Fertigungsstandort sind Aufnahme-Verankerungen 11 für Hubfahrzeuge integriert.In 1 is a base plate 1 with three shakers 2nd shown on which parts or components to be tested on a mounting frame 3rd can be fixed and thus multidimensional, such as real in an automotive road trip. Such a vibration test bench is usually at the end of a production line, for example with additional screw fixings 10th fixed on a seismic mass and arranged within an analysis-acoustic or climatic chamber of an automotive parts production. The shooting frame 3rd is with spring supports 4th preferably consisting of floating air springs. The connection of the shaker 2nd on the mounting frame 3rd is through trained anchor holes 5 locked. The shaker pockets 6 and 7 are for quickly changing a shaker 2nd attached in the respective coordinate axes of the X, Y and Z directions for axis separate tests. The shaker pocket 6 is drawer-like in slide-in guides 7 and also non-positively fixed. The floating component mounting frame 3rd , is with the shaker 2nd with a plunger that is only rigid in the direction of the force of vibration 8th coupled, the in an anchoring opening formed on the component receiving frame and used for fixing 5 is attached. Through the shakers working in three coordinate axes of the X, Y and Z directions 2nd is the plunger, which is only rigid in the direction of the force of the vibrations 8th designed so that the vibrations of the two other coordinate axes of the plunger 8th can be flexibly cushioned. The plunger is preferred 8th from a sufficiently stiff round spring steel. A shaker changing process of the very light magnetic shaker 2nd is done by grab handles 9 on the recording pocket 6 simplified. Anchoring anchors are available for easy transportation of the multidimensional shaker test system to the required production location 11 integrated for lifting vehicles.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: BodenplatteBase plate
22nd: Shakershaker
33rd: AufnahmerahmenMounting frame
44th: FederabstützungenSpring supports
55: VerankerungsöffnungenAnchoring openings
66: Shaker-AufnahmetaschenShaker pockets
77: EinschubführungSlide-in guide
88th: StößelPestle
99: HaltegriffGrab handle
1010th: Schraub-FixierungenScrew fixings
1111: Aufnahme-VerankerungAdmission anchorage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202006018911 [0002]

Claims

Device for carrying out a shaker test of a part or a component, in particular of a means of transport, motor vehicle, spacecraft or container a) a base plate (1), b) several shakers (2) or vibrating exciters supported on the base plate in the coordinate axes of the X, Y and Z directions in a drawer-like manner with a floating mounting frame (3) which can be driven to vertical and horizontal vibrations, c) a plunger (8), which is coupled to the receiving frame (3) and is rigid in the direction of the force of vibration, is designed such that the vibrations of the two other coordinate axes are flexibly cushioned by the plunger (8), d) the shaker receiving pockets (6) with the shakers (2) fixed on them, which sit in the insertion guides (7) on the base plate (1), e) the anchoring openings (5) for the frictional reception of the plunger (8) on the mounting frame (3) which contribute to the rapid change of location in the respective coordinate axes.

Device after Claim 1 , characterized in that insertion guides (7) are provided on the base plate (1) in the respective coordinate axes and can be inserted and locked into the shaker receiving pockets (6) with the shakers (2) fixed thereon.

Device after Claim 1 and 2nd characterized in that rigid tappets (8) are attached to the shakers (2) for force transmission in the receiving frame (3) in the direction of the vibrating force, and are designed in such a way that the vibrations of the shakers from the respective two other coordinate axes of the tappet (8), can be flexibly cushioned.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration exciter (2) drives a receiving frame (3) which is mounted in a floating manner via spring supports (4), preferably with air springs.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the flexible plungers which are rigid in one direction at the same time several shakers (2) in the coordinate axes of the X, Y and Z directions, the floating mounting frame (3) multidimensionally can drive.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shakers (2) through the drawer-like quick locks to the base plate (1) with handles (9) on one side and through the chuck-like or chuck-like quick locks of the plunger to the receiving frame (3) on the other hand, as well as the energy supply with a quick lock or central lock (10), allow a change of location in an extremely short time.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration exciters (2) can be used by a vehicle body direct excitation by the aforementioned same quick locks, both in use in the body and in the device for component excitation.