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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Bauteil. Bei diesem Bauteil handelt es sich insbesondere um einen Querlenker oder ein anderes Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, dass Komponententests an einzelnen Bauteilen oder -gruppen dazu genutzt werden, im Crashfall deren Verhalten zu untersuchen, ohne ganze Fahrzeuge Crashversuchen unterziehen zu müssen. Dieses Vorgehen - insbesondere in der frühen Projektphase - birgt hohes Kosteneinsparpotenzial. Ein häufiger Anwendungsfall ist dabei die mechanische Untersuchung bzw. Charakterisierung von Bauteilen analog ihrer Belastung im Gesamtfahrzeug-Crash, etwa wenn ein Teil vorausgelegt oder nachträglich geändert werden soll. Bei einer nachträglichen Änderung kann auf diese Weise ein A-B-Vergleich und im besten Falle ein Gleichwertigkeitsnachweis zum ursprünglichen Stand erzielt werden.
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Eine Prüfvorrichtung zwecks Härteuntersuchung von in der Autoindustrie verwendeten Bauteilen ist beispielsweise aus der
CN 208 636 167 U bekannt.
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Aus der
DE 40 30 472 A1 ist eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Bauteil mit einer Einrichtung zum Lagern des Bauteils sowie zum Lagern und Führen eines Stoßkörpers zwecks mechanischen Einwirkens des Stoßkörpers auf das Bauteil, wobei die Einrichtung als geschlossener Käfig wirksam ist, der die in der Prüfvorrichtung beim Versuch auftretenden Kräfte im Käfig abstützt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prüfvorrichtung, die zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Bauteil geeignet ist, zu schaffen, ferner eine vorteilhafte Verwendung einer solchen Prüfvorrichtung anzugeben.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Prüfvorrichtung und eine bevorzugte Verwendung dieser Prüfvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Die weiteren Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schlägt eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Bauteil vor, mit einer Einrichtung zum Lagern des Bauteils sowie zum Lagern und Führen eines Stoßkörpers zwecks mechanischen Einwirkens des Stoßkörpers auf das Bauteil. Die Einrichtung ist als geschlossener Käfig wirksam, der die in der Prüfvorrichtung beim Versuch auftretenden Kräfte im Käfig abstützt, und weist zwei in Abstand zueinander angeordnete Wandungen auf, in einer derer das Bauteil gelagert ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Stoßkörper als Fallkörper ausschließlich unter dessen Eigengewicht in die Einwirkstellung auf das Bauteil überführbar ist oder der Stoßkörper unter Einwirkung einer externen Kraft in eine Einwirkstellung auf das Bauteil überführbar ist. Zu letzterem Zweck weist die Prüfvorrichtung einen mit dem Stoßkörper verbundenen Hydraulikzylinder auf.
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Aufgrund dieser Ausprägung kann die Prüfvorrichtung als Ganzes von unterschiedlichen Anwendern genutzt werden, beispielsweise von Fahrzeugherstellern an Bauteillieferanten übergeben werden, wo - aufgrund des geschlossenen Aufbaus - Versuche unter gleichen Randbedingungen durchgeführt werden können.
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Gemäß der Erfindung findet die Prüfvorrichtung insbesondere Verwendung zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Fahrwerksteil eines Kraftfahrzeugs. Bei diesem Fahrwerksteil handelt es sich insbesondere um einen Querlenker, konkret Querlenker an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs. Im konkreten Anwendungsfall wird vorgesehen, dass die Prüfvorrichtung für Querlenker an der Vorderachse von Fahrzeugen die Belastung im Frontalcrash „Small Overlap“ abbildet. Wesentliches Merkmal ist dabei, dass es sich um einen geschlossenen Käfig handelt, der die auftretenden Kräfte innerhalb der Systemgrenzen abstützt. Aufgrund dieser Ausprägung können an unterschiedlichen Orten - aufgrund des geschlossenen Aufbaus - Versuche unter gleichen Randbedingungen durchgeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung weist diverse vorteilhafte Weiterbildungen auf:
- So wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Einrichtung eine Linearführung für den Stoßkörper aufweist. Der Stoßkörper wird somit definiert bezüglich der Einrichtung und damit des in der Einrichtung gelagerten Bauteils geführt. Insbesondere ist die Linearführung derart angeordnet, dass der Stoßkörper vertikal geführt ist.
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Die Wandungen sind insbesondere vertikal angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stoßkörper in mindestens einer dieser Wandungen gelagert und geführt ist. Vorzugsweise ist der Stoßkörper in beiden Wandungen gelagert und geführt.
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Das zu prüfende Bauteil ist insbesondere ausschließlich in der einen Wandung gelagert.
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Durch diese beschriebenen Lagerungen von Stoßkörper und/oder Bauteil ist eine definierte Lagerung des Bauteils in der Einrichtung bzw. eine definierte Lagerung und Führung des Stoßkörpers in der Einrichtung gewährleistet. Dies stellt sicher, dass, bei identischer Lagerung des Bauteils in der Einrichtung, der Stoßkörper bei dessen linearer Verlagerung unter denselben geometrischen Bedingungen auf das Bauteil auftrifft und dieses belastet. Beispielsweise ist das Bauteil im Bereich eines Endes des Bauteils mit der Einrichtung verbunden und im Bereich eines anderen Endes bzw. Bereichs liegt dieses Bauteil an der Einrichtung an oder auf der Einrichtung auf.
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Bei Ausbildung des Stoßkörpers als Fallkörper weist die Prüfvorrichtung vorzugsweise in der Einrichtung gelagerte, lösbare Arretiermittel zum Positionieren des Fallkörpers auf einer Ausgangshöhe auf. Wirkt hingegen auf den Stoßkörper die externe Kraft, wird es als vorteilhaft angesehen, dass die Prüfvorrichtung, zwecks Einwirken der externen Kraft, einen Hydraulikzylinder, der mit dem Stoßkörper verbunden ist, aufweist.
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Baulich bevorzugt ist die Vorrichtung derart gestaltet, dass der geschlossene Käfig durch eine Bodenplatte, die mit dieser verbundenen Wandungen, die parallel und in Abstand zueinander angeordnet sind, sowie eine die Wandungen auf deren der Bodenplatte abgewandten Enden verbindende Verbindung gebildet ist. Bei dieser die Wandungen verbindenden Verbindung handelt es sich beispielsweise um zwei in Abstand zueinander angeordnete, insbesondere parallel zueinander angeordnete Streben. Hierdurch ist die steif ausgebildete Einrichtung zum Lagern des Bauteils sowie zum Lagern und Führen des Stoßkörpers gebildet.
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Aufgrund des bei der Prüfvorrichtung gebildeten stabilen Käfigs bzw. stabilen Gehäuses ist keine externe Abstützung orthogonal zu einer Einleitung einer Last in die Prüfvorrichtung erforderlich.
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Bei der Prüfvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine mobile Baueinheit. Sie kann somit, ohne dass es erforderlich ist, Teile der Prüfvorrichtung zu demontieren bzw. zu montieren, von einem Versuchsort zum anderen verbracht werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung unter dem Aspekt deren bevorzugten Verwendung ist in der Zeichnung dargestellt sowie deren Beschreibung erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
- 1 eine räumliche Darstellung der Prüfvorrichtung, veranschaulicht in einer Position des Stoßkörpers vor dessen mechanischen Einwirken auf ein als Querlenker ausgebildetes, zu prüfendes Bauteil,
- 2 eine Stirnansicht der in 1 gezeigten Prüfvorrichtung,
- 3 ein Bruchbild des Querlenkers nach Einwirken des Stoßkörpers auf diesen.
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Gezeigt ist eine Prüfvorrichtung 1 zur Durchführung eines mechanischen Versuchs an einem Bauteil 2, bei dem es sich um einen Querlenker einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs handelt.
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Die Prüfvorrichtung 1 weist eine Einrichtung 3 zum Lagern des Bauteils 2 sowie zum Lagern und Führen eines Stoßkörpers 4 zwecks mechanischen Einwirkens des Stoßkörpers 4 auf das Bauteil 2 auf.
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Die Einrichtung 3 ist als geschlossener Käfig wirksam, der die in der Prüfvorrichtung 1 beim Versuch auftretenden Kräfte im Käfig abstützt.
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Die Einrichtung 3 bzw. der geschlossene Käfig ist durch eine Bodenplatte 5, zwei mit dieser verbundene, parallel und in Abstand zueinander angeordnete Wandungen 6, 7, die als Platten ausgebildet sind, sowie die Wandungen 6, 7 auf deren der Bodenplatte 5 abgewandten Enden verbindende Verbindung 8 gebildet. Die Verbindung 8 ist durch zwei Streben 9, 10 gebildet. Die Einrichtung 3 stellt sich somit als stabiler, steifer Käfig dar. Je nach Ausbildung des Käfigs kann dieser auch ein Gehäuse bilden.
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Die Einrichtung 3 weist eine Linearführung 11, 12 für den Stoßkörper 4 auf, wobei die Linearführung 11 mit der Wandung 6 und die Linearführung 12 mit der Wandung 7 verbunden ist. Die Linearführungen 11, 12 sind vertikal angeordnet, sodass der Stoßkörper 4 mittels der Linearführungen 11, 12 vertikal geführt ist. Der Stoßkörper 4 ist somit zwischen den parallel zueinander angeordneten Wandungen 6 und 7 angeordnet und in diesen gelagert sowie über die Linearführungen 11, 12 geführt.
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Das Bauteil 2 ist ausschließlich in der Wandung 6 gelagert. Das Bauteil 2 bzw. der Querlenker, der als Dreieckslenker ausgebildet ist, weist einen vertikalen Schenkel 13 und einen horizontalen Schenkel 14 auf, sowie im Bereich des oberen Endes des vertikalen Schenkels 13 eine Aufnahme 15, im Bereich des unteren Endes des vertikalen Schenkels 13 eine Aufnahme 16 und im Bereich des freien Endes des horizontalen Schenkels 14 eine Aufnahme 17 auf. Im Bereich der oberen Aufnahme ist der Schenkel 13 in einem mit der Wandung 6 verbundenen Lager 18 gelagert und im Bereich der unteren Aufnahme 16 ist dieser Schenkel 13 in einem in der Wandung 6 gelagerten Lager 19 gelagert. Bei dieser Lagerung ragt der horizontale Schenkel 14 des Bauteils 2 in den Bereich eines Stoßabschnitts 20 des Stoßkörpers 4. Dieser Stoßabschnitt 20 ist zwischen zwei Führungsabschnitten 21 und 22 des Stoßkörpers 4 angeordnet. Diese Führungsabschnitte 21 bzw. 22 sind über die Linearführung 12 bzw. 11 in den Wandungen 7 bzw. 6 verschieblich gelagert. Der Stoßabschnitt 20 ist auf seiner zur Bodenplatte 5 hin gerichteten Seite als sich etwa über einen Halbkreis erstreckender Zylinderabschnitt ausgebildet, bei horizontaler Lage der Zylinderachse, die sich ungefähr im gleichen Abstand zu den Wandungen 6, 7 befindet.
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Nicht veranschaulicht ist ein in den Streben 9 und 10 gelagerter Hydraulikzylinder, dessen Kolbenstange mit dem Stoßkörper 4 im Bereich dessen oberer Fläche verbunden ist. Über den Hydraulikzylinder wird eine Kraft F querkraftfrei eingeleitet, womit sich der Stoßkörper 4 in Richtung des Pfeiles F nach unten in Richtung des horizontalen Schenkels 14 des Bauteils 2 bewegt und auf dieses im Bereich des Übergangs der beiden Schenkel 13, 14 mit dessen abgerundeter Stirnfläche auftrifft. In diesem Bereich bricht das Bauteil 2 bzw. der Querlenker bei Einleiten einer Bruchkraft auf den Querlenker mittels des Stoßkörpers 4.
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Die veranschaulichte Prüfvorrichtung 1 ist mobil und kann demzufolge ohne Weiteres von einem zum anderen Prüfort verbracht werden. Statt der Einleitung einer Kraft in den Stoßkörper 4 mittels des Hydraulikzylinders kann durchaus der Stoßkörper 4 aufgrund dessen Eigengewicht als Fallkörper auf das Bauteil 2 im beschriebenen Sinne einwirken. Es ist dann nur notwendig, den Stoßkörper 4 bzw. Fallkörper mittels nicht gezeigter in der Einrichtung 3 gelagerter, lösbarer Arretiermittel zu positionieren und die Arretiermittel dann auszulösen, sodass der Stoßkörper 4 unter seinem Eigengewicht nach unten fällt und das zu prüfende Bauteil 2 beaufschlagt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Bauteil
- 3
- Einrichtung
- 4
- Stoßkörper
- 5
- Bodenplatte
- 6
- Wandung
- 7
- Wandung
- 8
- Verbindung
- 9
- Strebe
- 10
- Strebe
- 11
- Linearführung
- 12
- Linearführung
- 13
- vertikaler Schenkel
- 14
- horizontaler Schenkel
- 15
- Aufnahme
- 16
- Aufnahme
- 17
- Aufnahme
- 18
- Lager
- 19
- Lager
- 20
- Stoßabschnitt
- 21
- Führungsabschnitt
- 22
- Führungsabschnitt
