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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Impulsanregung von Strukturbauteilen, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein axial beweglich gelagertes Element zur Erzeugung einer Kraftamplitude auf dem Strukturbauteil durch einen Schlag und einen an dem axial beweglichen Element angeordneten Kraftaufnehmer, wobei eine Vorspanneinrichtung an dem axial beweglich gelagerten Element angreift.
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Es ist bekannt, dass zur Vorbereitung des Karosseriebaus von Kraftfahrzeugen an Einzelteilen, sogenannten Strukturbauteilen, experimentelle Modalanalysen durchgeführt werden, um mechanische, insbesondere dynamische Eigenschaften der Strukturbauteile aufzuzeigen und so eine Charakterisierung der Struktur des Bauteils zu ermöglichen.
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Die
DE 29 46 246 A1 offenbart ein elektrodynamisches Impulsanregegerät zur Erzeugung von Schwingungen in einer Fahrzeugkarosserie mit einer Spule und einem beweglichen Kern, welcher sich bei Stromfluss durch die Spule gegen eine elastische Kraft bewegt und eine Verlängerung aufweist, deren freies Ende zum Aufschlag auf die Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist.
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Aus der
DE 103 40 138 A1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer experimentellen Modalanalyse an einem Bauteil bekannt, welche einen Hammer mit einem Kraftaufnehmer umfasst, wobei der Hammer an einem Federelement angeordnet ist. Der Hammer ist mit einer Vorspanneinrichtung verbunden, welche den Hammer gegen die Federkraft des Federelements vorspannt oder freigibt. Die Vorspanneinrichtung umfasst einen Halter, an welchem eine Spule und ein darin befindlicher Eisenkern angeordnet sind. Der Eisenkern ist in Axialrichtung der Spule beweglich angeordnet, um eine Kraftamplitude, mit welcher der Hammerschlag ausgeführt wird, einzustellen. Die Bestromung der Spule erfolgt über eine Steuereinheit.
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Diese Lösungen weisen Limitierungen sowohl in der Kraftanregung als auch in der thermischen Stabilität sowie hinsichtlich eines Feuchtigkeitseinflusses auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Impulsanregung von Strukturbauteilen anzugeben, welche robust gegen sich ändernde Betriebsbedingungen ist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einer eingangs beschriebenen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die an dem axial beweglich gelagerten Element angreifende Vorspanneinrichtung eine Nockenwelle umfasst, wobei das axial beweglich gelagerte Element in Abhängigkeit von einer Zweiwege- steuernden Geometrie der Nockenwelle in Schlagrichtung oder in eine Rückführrichtung auslenkbar ist. Eine solche Vorrichtung ist stabil gegenüber sich ändernde Betriebsbedingungen, wie Temperatur und Feuchtigkeit, und kann deshalb auch bei härteren Betriebsbedingungen eingesetzt werden, da auf den Einsatz von temperatur- bzw. feuchtigkeitsempflindlichen Bauteilen verzichtet wird. Durch die Verwendung der Nockenwelle ist die Vorrichtung zwangsgesteuert und es wird eine Impulsanregung mit konstanten Schlägen auf das Strukturbauteil ermöglicht, da ein einmal eingestellter Abstand des axial beweglich gelagerten Elementes zum Strukturbauteil ausschließlich von der mechanischen Geometrie der Nockenwelle abhängt. Somit lassen sich beliebig hohe Kraftamplituden einstellen, während die Impulsdauer variierbar ist.
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Vorteilhafterweise sind zwei Umlenkhebel der Vorspanneinrichtung mit jeweils einem Ende, die zueinander beabstandet angeordnet sind, an dem axial beweglich gelagerten Element fixiert, wobei deren freie Enden einen Umfang der Nockenwelle umgreifen. Dadurch wird die Drehbewegung der Nockenwelle in eine axiale Bewegung des beweglich gelagerten Elementes umgewandelt, wobei ein Umlenk-Hebel
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In einer Ausgestaltung bewirkt der erste Umlenkhebel eine Auslenkung des axial beweglich gelagerten Elementes in Schlagrichtung und der zweite Umlenkhebel eine weitere Auslenkung des axial beweglich gelagerten Elementes in einer der Schlagrichtung entgegengesetzte Rückführrichtung. Der Auslenk- sowie die Rückholbewegung des axial beweglich gelagerten Elementes sind somit mit einfachen konstruktiven Mitteln realisierbar.
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In einer Variante rollen die freien Enden der Umlenkhebel über die Zweiwegesteuernde Geometrie der Nockenwelle ab. Dadurch kann eine unterbrechungsfreie, gleitende Bewegung des axial beweglich gelagerten Elementes aufrechterhalten werden.
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In einer Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer als Impedanzmesskopf ausgebildet, welcher vorzugsweise an dem auf das Strukturbauteil auftreffenden Ende des axial beweglich gelagerten Elementes angeordnet ist. Mittels des Impedanzmesskopfes werden die resultierenden Kräfte der Kollision zwischen axial beweglich gelagertem Element und Strukturbauteil unmittelbar vor Ort detektiert.
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Es ist von Vorteil, wenn das axial beweglich gelagerte Element auf einer Schiene innerhalb eines Gehäuses geführt ist. Dadurch wird die Schlagrichtung unverändert beibehalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Nockenwelle zur Ausführung einer Drehbewegung elektrisch antreibbar ausgebildet. Somit lässt sich die Impulsdauer besonders vorteilhaft einstellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung 1 dient zur Impulsanregung von Strukturbauteilen, wie diese beispielsweise im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge während einer experimentellen Modalanalyse verwendet wird. Die Vorrichtung 1 umfasst ein axial beweglich gelagertes Element 3, welches in einem Gehäuse 5 auf einer nicht weiter dargestellten Schiene geführt ist. An einer Stirnseite des das Gehäuse 5 überragenden Endes 7 des axial beweglich gelagerten Elementes 3 ist ein Impedanzmesskopf 9 positioniert. Innerhalb des Gehäuses 5 sind an dem axial beweglich gelagerten Element 3 zwei Umlenkhebel 11, 13 mit jeweils einem Ende eines Schenkel 15, 17 annähernd senkrecht zur Bewegungsrichtung des axial beweglich gelagerten Elementes 3 befestigt. Die zweiten, annähernd halbkreisförmig ausgebildeten Schenkel 19, 21 der Umlenkhebel 11, 13 liegen sich mit ihren offenen Seiten gegenüber und umfassen, vorzugsweise mit ihren freien Enden 23, 25 eine Nockenwelle 27, welche von einem nicht weiter dargestellten elektrisch angetriebenen Aktor in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Umlenkhebel 11, 13 sind zentriert mit den beiden Schenkeln 15, 19; 17, 21 gelagert. Am Umfang der Nockenwelle 27 sind sich diametral gegenüberliegend zwei Nocken 29, 31 ausgebildet, deren Überstand x über den kreisförmigen Umfang der Nockenwelle 27 dem Ausrück- bzw. Einrückweg des axial beweglich gelagerten Elementes 3 aus dem Gehäuse 5 entspricht.
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Vor der Impulsanregung wird die Nockenwelle 27, beispielsweise durch eine Feder, entgegen der Drehrichtung vorgespannt, so dass das axial beweglich gelagerte Element 3 nach recht verschoben wird und weitgehend von dem Gehäuse 5 umfasst ist. Durch Drehung der Nockenwelle 27 fährt der Nocken 29 über den ersten Umlenkhebel 11, wodurch das axial beweglich gelagerte Element 3 aus dem Gehäuse 5 heraus nach links verschoben wird. Dadurch kommt es zu einer Kollision mit dem zu untersuchenden Strukturbauteil 33. Anschließend wird durch die zweite Nocke 31 der zweite Umlenkhebel 13 aktiviert, wodurch das axial beweglich gelagerte Element 3 wieder in das Gehäuse 5 eingezogen wird.
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Die Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle 27 sowie der Winkelversatz der Nocken 29, 31 bzw. die Nockenform beeinflussen die Bewegungsdauer des ersten Umlenkhebels 11, der das Ausrücken des axial beweglich gelagerten Elementes 3 regelt, woraus sich wiederum die Impulsdauer der Stoßanregung des Strukturbauteiles 33 ergibt. Im Idealfall sollte ein Dirac-Impuls erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 3
- axial beweglich gelagertes Element
- 5
- Gehäuse
- 7
- Ende des axial beweglich gelagerten Elements
- 9
- Impedanzmesskopf
- 11
- erster Umlenkhebel
- 13
- zweiter Umlenkhebel
- 15
- Schenkel des ersten Umlenkhebels
- 17
- Schenkel des zweiten Umlenkhebels
- 19
- Schenkel des ersten Umlenkhebels
- 21
- Schenkel des ersten Umlenkhebels
- 23
- freies Ende des ersten Umlenkhebels
- 25
- freies Ende des zweiten Umlenkhebels
- 27
- Nockenwelle
- 29
- Nocken
- 31
- Nocken
- 33
- Strukturbauteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2946246 A1 [0003]
- DE 10340138 A1 [0004]
