DE10242789B3

DE10242789B3 - Prüfvorrichtung

Info

Publication number: DE10242789B3
Application number: DE2002142789
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Salber
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2002-09-14
Filing date: 2002-09-14
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2022-09-15

Abstract

Die Prüfvorrichtung zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen von Bauteilen an Fahrzeugen umfasst ein Krafterzeugungselement, über das simulierte Prüfkräfte in das Bauteil eingeleitet werden. Die am Bauteil im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Beanspruchungskräfte entsprechen den Kräften, die über das Krafterzeugungselement in das Bauteil einleitbar sind. Dieses ist stationär auf Abstützstäben eines Prüfelements gehalten und die Abstützstäbe sind beabstandet zu den Karosserie-Befestigungspunkten des Bauteils im Fahrzeug angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen von Bauteilen an Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 32 18 019 C1 ist eine Anordnung zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen von Fahrzeugen bzw. Fahrzeugbaugruppen mittels servohydraulisch erzeugter, unterschiedlich gerichteter und gleichzeitig wirksamer Prüfkräfte bekannt. Aus der DE 38 23 764 C2 ist ein Prüfstand zum Prüfen eines Achsenaufbaus eines Nutzfahrzeugs bekannt, der eine Abstützvorrichtung zum Abstützen des Achsenaufbaus und wenigstens zwei Vertikalkrafterzeuger zum Erzeugen von mindestens solchen Vertikalkräften, die einer statischen und niederfrequenten Belastung des Achsenaufbaus entsprechen. Durch diesen Prüfstand wird der Achsenaufbau des Nutzfahrzeuges unter dem tatsächlichen Betrieb besser angepassten Belastungsbedingungen geprüft, so dass sich realistische Lebensdauern ergeben und realistische Spannungsanalysen möglich sind.

Die Aufgabe der Erfindung für eine Prüfvorrichtung zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen besteht darin, ein einfach einsetzbares Prüfelement für Bauteile zu schaffen, das unveränderbar ist und eine standardisierte Bauteilprüfung in einfacher Weise zulässt.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß über ein einstellbares Prüfelement die Belastungskräfte auf das zu prüfende Bauteil aufgebracht werden, wie sie im Fahrzeug vorkommen. Dies wird erzielt, indem die am Bauteil im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Beanspruchungskräfte den Kräften entsprechen, die über ein Krafterzeugungselement in das Bauteil einleitbar sind. Dieses Bauteil ist auf stationär angeordneten Abstützstäben eines Prüfelements gehalten und die Abstützstäbe sind beabstandet zu den Karosserie-Befestigungspunkten des Bauteils im Fahrzeug angeordnet. Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß nicht mehr im Fahrzeug bzw. im Verbund mit der Karosserie geprüft werden muß, sondern dies in einer Prüfvorrichtung erfolgen kann.

Es ist desweiteren nach der Erfindung vorgesehen, daß das Prüfelement an der dem Bauteil zugerichteten Seite jeweils einen Abstützstempel aufweist, die in den Karosserie-Befestigungspunkten des Bauteils gehalten sind und an der den Stempeln abgekehrten Seiten des Prüfelements jeweils die Abstützstäbe gehalten sind, welche sich ortsfest abstützen. Die Abstützstäbe sind in einer horizontalen Ebene mit einem Abstand zur vertikalen Mittenachse der Abstützstempel angeordnet und die Mittenachsen der Stempel verlaufen parallel zur Mittenachse des Krafterzeugungselements. Durch die Beabstandung der Abstützstäbe zur Mittenachse der Befestigung des Bauteils werden Biegemomente in das Bauteil an den beispielsweise zu prüfenden Rippen erzeugt, wie sie auch im Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorkommen.

Damit die Prüfkräfte den Beanspruchungskräften des Fahrzeugs auf der Straße entsprechen, ist ein spezielles Prüfelement vorgesehen, das zum variablen Einstellen der Abstützstäbe aus zwei um die Mittenachse des Stempels gegeneinander verdrehbare Segmente besteht, wobei das die Abstützstäbe aufnehmende eine Segment eine Schwalbenschwanzführung in einer senkrechten Mittenquerebene aufweist, in die ein mit der jeweiligen Stange verbundener Kulissenstein verschiebbar und über eine Kontermutter in seiner eingestellten Position festsetzbar ist. Mit diesem variablen Prüfelement können die Abstützstäbe entsprechend in allen möglichen Richtungen, die erforderlich sind, zum Karosserie-Befestigungspunkt des Bauteils derart verschoben werden, so daß die tatsächlich vorhandenen Biegemomente im Bauteil nachbildbar sind.

In vorteilhafter Weise können nunmehr die Seitenabstände der Abstützstäbe auf ein Prüfelement übertragen werden, so daß diese Abstände den ermittelten Abständen im Prüfelement zum variablen Einstellen entsprechen und an dem Prüfelement die Abstützstäbe ortsfest und unveränderbar befestigt sind.

Es ist somit sichergestellt, daß eine standardisierte Prüfung des Bauteils durchgeführt werden kann. Beim zu prüfenden Fahrzeugbauteil handelt es sich beispielsweise um einen Lagerbock aus Aluminiumdruckguß, an dem ein oberer Querlenker und ein Federbein angebunden ist. Der Lagerbock leitet die Lenker- und Federbeinkräfte über die drei Anschraubpunkte in die Karosserie des Fahrzeugs ein. Durch unterschiedliche Fahrmanöver während des Fahrbetriebs wird der Lagerbock zum einen mit Längskräften und Seitenkräften und zum anderen durch Vertikalbelastungen über das Federbein beansprucht. Damit eine rationelle Bauteiloptimierung während des Entwicklungsprozesses erfolgen kann, wird dies rationell auf einem Prüfstand realisiert. Auf dem Prüfstand werden dabei die gleichen Einspannbedingungen und Betriebsbelastungen wie im Fahrzeug simuliert. Die simulierten Betriebsbelastungen sind zeitlich wesentlich kürzer als die gemessenen Lasten, da nicht schädigende Lastwechsel unterdrückt werden können.

Aus FE-Berechnungen sind die hochbelasteten Bereiche des Lagerbocks bekannt. Die Karosseriesteifigkeit hat Einfluß auf die Beanspruchung des Lagerbocks und ist entsprechend zu berücksichtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 eine schematisch dargestellte Prüfvorrichtung mit einem stationären Prüfelement, Abstützstempeln und Abstützstangen,
2 eine schematisch dargestellte Prüfvorrichtung mit einem variabel einstellbaren Prüfelement,
3 eine Ansicht auf ein Bauteil mit Karosserie-Befestigungspunkten und angeordneten Dehnmessstreifen, und
4 eine Ansicht auf das Bauteil gemäß 3 mit beabstandet zu den Karosserie-Befestigungspunkten angeordneten Abstützstäben.
Eine Prüfvorrichtung 1 zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen von Bauteilen 2 für Fahrzeuge umfasst im wesentlichen ein Krafterzeugungselement 3, Prüfelemente 4; 4a, die mit Abstützstäben 5, 5a, 5b verbunden sind, welche sich am Boden 6 über eine Flanschplatte abstützen. Als Beispiel für das Bauteil 2 wird ein Lagerbock für ein Federbein in einem Fahrzeug gezeigt, der über drei Befestigungspunkte 7, 8 und 9 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Zwischen diesen Befestigungspunkten ist eine mittige Lagerung 10 für ein Federbein vorgesehen.
Ein Betriebslastversuch mittels der Prüfvorrichtung 1 erfolgt in der Weise, daß die Betriebslasten für den Lagerbock L beispielsweise durch Messungen am Fahrzeug im Betrieb ermittelt oder nachgebildet werden. Diese gemessenen Betriebslasten werden für eine optimale Ansteuerung der Prüfvorrichtung 1 aufbereitet. Die Betriebslasten werden über das Krafterzeugungselement 3 aufgebracht, das pulsierend eine Simulation der realen Betriebslasten auf das Lagerelement L erzeugt, die den Betriebslasten entsprechen, wie sie beim Betrieb des Fahrzeugs auf der Straße vorkommen.
Hierzu wird der Lagerbock L in seinen Karosserie-Befestigungspunkten 7, 8 und 9 zuerst auf dem variablen Prüfelement 4a gehalten, das jeweils einen Abstützstempel 11 für den Lagerbock L und gegenüberliegend eine Abstützstange 5 aufweist, die beispielsweise über eine Flanschplatte stationär abgestützt ist. Es sind zum Aufspannen des Lagerbocks L drei Prüfelemente 4a und entsprechende Abstützstangen 5, 5a und 5b vorgesehen.
Die variablen Prüfelemente 4a dienen zum Einstellen der realen Belastungsmomente an den relevanten Rippen 14, 15 und 16 des Lagerbocks L. Hierzu besteht jedes Prüfelement 4a aus zwei um eine Mittenachse 19 gegeneinander verdrehbare Teile 17 und 18. Desweiteren ist das eine Teil 18 mit einer durch die Mittenachse 19 verlaufenden Schwalbenschwanzführung 20 versehen, in welche ein mit der Abstützstange 5, 5a, 5b verbundener Kulissenstein 21 verschiebbar geführt ist. Somit ist es möglich, die Abstützstangen 5, 5a, 5b in Positionen außerhalb der mittigen Lage der Karosserie-Befestigungspunkte 7, 8 und 9 einzustellen, wie es in 4 näher dargestellt ist. Eine Überprüfung der richtigen Lage der Abstützstangen 5, 5a, 5b erfolgt über eine Messung in den Dehnmessstreifen 20, die in den Rippen 14, 15 und 16 platziert sind.
Die Abstützstangen 5, 5a, 5b weisen zu den Befestigungspunkten 7, 8 und 9 einen Abstand auf, wobei sich zum Abstützort des Lagerbockes L ein Hebelarm ausbildet.
Die Positionen dieser Abstützstangen 5, 5a, 5b im variablen Prüfelement 4a werden nun auf ein Prüfelement 4 übertragen, in welchem die Abstützstangen 5, 5a, 5b fest mit diesem verbunden sind und eine Ein- und Verstellung nicht mehr möglich ist. Dieses Prüfelement 4 kann somit weitergegeben werden, damit eine standardisierte Prüfung des Bauteils L beispielsweise von Herstellern des Bauteils L durchzuführen ist und nicht die Gefahr besteht, daß unterschiedliche Belastungskräfte durch ein Verstellen der Abstützstäbe 5, 5a, 5b im Lagerelement L erzeugt werden.
Die Prüfvorrichtung 1 ist so ausgelegt, daß die karosserieseitige Kraftausleitung über die frei positionierbaren Stäbe 5, 5a, 5b manipulierbar ist. Der Abstand zwischen den Karosserie-Anschraubpunkten und den Stützstangen ist somit einstellbar und ermöglicht einen variablen Kraft-Hebelarm. So können die Biegemomente im Bauteil erhöht oder erniedrigt werden. Dies wirkt sich auf die Spannungsverteilung in den Rippen aus. Um die Positionen der Stützstangen 5, 5a, 5b für die Messungen festzuhalten, wird für jeden Anschraubpunkt am Lagerbock ein Koordinatensystem eingeführt. Eine A-Achse verläuft entlang der Rippen am Lagerbock L und eine B-Achse ist senkrecht dazu angeordnet. Durch das Verstellen der Stangenpositionen wird die Beanspruchung in den mit Dehnmessstreifen beklebten Rippen 14, 15 und 16 des Lagerbocks L der Referenzbeanspruchung, die zuvor am Fahrzeug bzw. im Verbund mit dem Karosserieabschnitt ermittelt wurde, angenähert.

Claims

Prüfvorrichtung zur Simulation von Betriebsbeanspruchungen von Bauteilen an Fahrzeugen mittels in das Bauteil über Krafterzeugungselemente eingeleitete simulierte Prüfkräfte, wobei die am Bauteil im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Beanspruchungskräfte den Kräften entsprechen, die über das Krafterzeugungselement in das Bauteil einleitbar sind, welches auf stationär angeordneten Abstützstäben eines Prüfelements gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) des Prüfelements auf einer A-Achse des Bauteils (2) beabstandet zu den Karosserie-Befestigungspunkten (7, 8 und 9) des Bauteils (2) angeordnet sind, wobei das Prüfelement (4; 4a) an der dem Bauteil (2) zugerichteten Seite jeweils einen Abstützstempel (11) aufweist, der in den Karosserie-Befestigungspunkten (7, 8 und 9) des Bauteils (2) gehalten ist und an den den Stempeln (11) abgekehrten Seiten des Prüfelements (4; 4a) die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) gehalten sind, welche sich ortsfest abstützen und die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) in einer horizontalen Ebene mit einem Abstand zur vertikalen Mittenachse (19) des Abstützstempels angeordnet sind und diese Mittenachse (19) der Stempel (11) parallel zur Mittenachse (24) des Krafterzeugungselements (3) verläuft.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfelement (4a) zum variablen Einstellen der Abstützstäbe (5, 5a, 5b) aus zwei um die Mittenachse (19) gegeneinander verdrehbare Segmente (17, 18) besteht und daß das die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) aufnehmende Segment (18) eine in einer senkrechten Mittenquerebene verlaufende Schwalbenschwanzführung (20) aufweist, in die jeweils ein mit der Stange (5, 5a, 5b) verbundener Kulissenstein (21) verschiebbar und über eine Kontermutter (23) festsetzbar ist.
Prüfvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfelement (4) die gleichen Abstände für die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) zur vertikalen Mittenachse (19) des Stempels (11) wie im Prüfelement (4a) zum variablen Einstellen aufweist und an dem Prüfelement (4) die Abstützstäbe (5, 5a, 5b) ortsfest und unveränderbar befestigt sind.