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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile, umfassend Druckerzeugungsmittel zur
Erzeugung eines periodisch variierenden, hydraulischen Drucks, mit
welchem ein Hohlraum eines Prüfstücks, der
hydraulisch an ein von den Druckerzeugungsmitteln umfasstes, erstes,
als Hydraulikzylinder ausgebildetes Hydraulikelement anschließbar ist,
durch eine alternierende Relativbewegung eines mit dem Hydraulikzylinder zusammenwirkenden,
zweiten, als Hydraulikkolben ausgebildeten Hydraulikelementes beaufschlagbar ist.
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Die Erfindung betrifft weiter ein
Verfahren zur Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile, bei dem ein Hohlraum eines Prüfstücks, der
hydraulisch an ein erstes, als Hydraulikzylinder ausgebildetes Hydraulikelement
angeschlossen ist, durch eine alternierende Relativbewegung zwischen
dem Hydraulikzylinder und einem mit diesem zusammenwirkenden, zweiten,
als Hydraulikkolben ausgebildeten Hydraulikelement mit einem periodisch
variierenden, hydraulischen Druck beaufschlagt wird.
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Innendruckbelastete Bauteile, wie
beispielsweise Einspritzventile moderner Kraftfahrzeugmotoren, sind
häufig
hohen, repetitiven Drücken
ausgesetzt. Zur Qualitätssicherung
ist es daher erforderlich, nicht nur ihre Resistenz gegenüber einem
hohen, statischen Druck zu überprüfen, sondern
auch ihr Verhalten bei repetitiven Druckänderungen zu testen. Dabei
ist es aus Sicherheitsgründen
erforderlich, dass die während
der Prüfung
angewandten Drücke die
im vorgesehenen Betrieb bestimmungsgemäß auftretenden Drücke deutlich übersteigen.
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Es sind Prüfvorrichtungen bekannt, bei
denen ein oder mehrere Prüfstücke, wie
z.B. Einspritzventile, an ein z.B. mit Öl gefülltes Hydrauliksystem anschließbar sind.
Dieses System und damit die Prüfstücke werden
mit einem periodisch variierenden, hydraulischen Druck beaufschlagt.
Zur Erzeugung des variierenden Hochdrucks ist es bekannt, mit Radialkolbenpumpen
einen variierenden Niederdruck in der Größenordnung von wenigen 100
bar zu erzeugen, der nachfolgend über Druckmultiplikatoren verstärkt wird,
so dass in den Prüfstücken hydraulische
Drücke
in der Größenordnung
von mehreren 1000 bar erreichbar sind. Das Prinzip des Druckmultiplikators
ist bekannt und beruht im Wesentlichen auf einer mechanischen Kopplung
eines hydraulischen Vordruck- und eines hydraulischen Hochdrucksystems über einen
Hydraulikkolben mit unterschiedlichen Kolbenflächen. Praktisch einsetzbare
Systeme, die zur Erzeugung des geforderten Hochdrucks in der Lage
sind, erfordern zudem eine vergleichsweise komplizierte Steuerung über Servoventile.
Dieser komplizierte Aufbau, der die Kosten einer derartigen Prüfvorrichtung
wesentlich erhöht,
muss als nachteilig angesehen werden. Ebenfalls nachteilig sind
die hohen Betriebskosten eines solchen Systems, die sich im Wesentlichen
aus drei Komponenten zusammensetzen. Wegen der hohen aufzuwendenden Kräfte sind
sehr starke Radialkolbenpumpen mit entsprechend hohem Energieverbrauch
erforderlich. Selbst bei hoher Pumpleistung sind dennoch nur vergleichsweise
geringe Frequenzen realisierbar, was die Gesamtprüfzeit, d.h.
die für
eine vorgegebene Prüfzyklenzahl
erforderliche Zeit, wesentlich erhöht. Typische Frequenzen liegen
in der Größenordnung von
ca. 10 Hz. Schließlich
sind insbesondere die Steuerventile aufgrund der hohen zu schaltenden Drücke einem
erheblichen Verschleiß ausgesetzt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein gattungsgemäßes Prüfsystem
derart weiterzubilden, dass eine schnellere und kosteneffizientere
Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile möglich
wird.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass
zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten
Hydraulikelement eine Schwingungsanordnung, umfassend wenigstens
eine Schwingmasse und wenigstens einen Schwingungserreger, mit einem
der Hydraulikelemente gekoppelt ist und durch Ansteuerung des Schwingungserregers
mit einer geeigneten Ansteuerfrequenz wenigstens Teile der Schwingungsanordnung
und das eine mit der Schwingungsanordnung gekoppelte Hydraulikelement
in eine resonante Schwingungsbewegung relativ zu dem anderen, als Gegenmasse
wirkenden Hydraulikelement versetzbar sind. Der Begriff der Schwingmasse
ist dabei weit zu verstehen und umfasst z.B. im Wesentlichen starre
Schwingkörper
aber auch als Schwingmasse wirken Flüssigkeitssäulen und dgl.
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Kern der Erfindung ist es, die Ansteuerung des
Hydrauliksystems zur Beaufschlagung der Prüfstücke mit einem variierenden,
hydraulischen Druck mittels eines Masse-Feder-Systems, das als Resonanzschwingkopf
fungiert, zu realisieren. Hierdurch wird erreicht, dass die alternierende
Bewegung des Hydraulikzylinders relativ zu dem Hydraulikkolben bezüglich Auslenkung
und Frequenz, nicht wie im Stand der Technik üblich, durch ein äußeres Zwangssystem
aufgeprägt
wird, sondern sich durch systemimmanente Parameter, insbesondere
durch die bewegten Massen, Elastizitäten und Reibungen des Systems,
bestimmt. Bei geeigneter Ansteuerung des Schwingungserregers lässt sich
so erreichen, dass die komplexe Scheinleistung der nutzbaren Wirkleistung
entspricht. Dies ist das Wesen des Resonanzzustandes einer fremderregten,
ansonsten jedoch im We sentlichen freien Schwingung. D.h. das System schwingt
im Wesentlich frei, erhält
jedoch durch phasenrichtige Einkopplung Energie, die, abgesehen von
unvermeidlichen Verlusten z.B. durch Reibung, vollständig der
Schwingungsbewegung und damit dem nachgeschalteten Hydrauliksystem
zugeführt werden
kann.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile derart weiterzubilden, dass die Prüfung schneller
und kosteneffizienter durchgeführt
werden kann.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 15 dadurch gelöst, dass
zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten
Hydraulikelement (21, 22) eine Schwingungsanordnung (10),
umfassend wenigstens eine Schwingmasse (11; 12)
und wenigstens einen Schwingungserreger (14), mit einem
der Hydraulikelemente (21; 22) gekoppelt ist und
der Schwingungserreger (14) mit einer geeigneten Ansteuerfrequenz
derart angesteuert wird, dass wenigstens Teile der Schwingungsanordnung
(10) und das eine mit der Schwingungsanordnung (10)
gekoppelte Hydraulikelement (21; 22) in eine resonante
Schwingungsbewegung relativ zu dem anderen, als Gegenmasse wirkenden
Hydraulikelement (22; 21) versetzt werden.
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Dem liegt die Idee zugrunde, ein
Masse-Feder-System ohne erheblichen Kraftaufwand in eine sich selbst
verstärkende,
resonante Schwingung zur versetzen, wobei die Systemparameter, wie
Massen, Elastizitäten
und Reibungen, derart ausgelegt sind, dass die Anfangsschwingung
der als Resonanzschwingkopf wirkenden Schwingungsanordnung auf das
hydraulische System übertragen
wird, d.h. derart, dass eine periodisch modulierte Relativbewegung
zwischen dem Hydraulikkolben und dem Hydraulikzylinder angeregt
wird.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und
das erfindungsgemäße Verfahren,
von denen nachfolgend besonders vorteilhafte Weiterbildungen gemeinsam
beschrieben werden sollen, wird es möglich, mit einem geringen Kraftaufwand
einen periodisch mit der Resonanzfrequenz des Systems variierenden,
hydraulischen Hochdruck zu erzeugen, der über ein hydraulisches Leitungssystem
einem oder mehreren Prüfstücken zugeführt werden
kann. Durch geeignete Auslegung der Systemparameter, welche die
Resonanzfrequenzen des Systems definieren, wird es dadurch möglich, deutlich
höhere
Frequenzen zu realisieren, als im Stand der Technik. Typische Werte
liegen bei mehreren 10 Hz, können
jedoch auch noch höher
liegen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
das mit der Schwingungsanordnung gekoppelte Hydraulikelement der
Hydraulikkolben ist. Dieser weist nämlich in der Regel eine geringere
bewegte Masse auf, als der korrespondierende, mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllte
Hydraulikzylinder. Selbstverständlich
ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der der Hydraulikkolben
im Wesentlichen festgelegt ist und der Resonanzschwingkopf mit dem
Hydraulikzylinder verbunden ist und diesen in eine resonante Schwingungsbewegung
versetzt.
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Die Kopplung des Resonanzschwingkopfes mit
dem einen Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikkolben, kann
auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Bei einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Schwingungsanordnung mechanisch mit dem
einen Hydraulikelement gekoppelt ist. Diese Anordnung bietet sich
als besonders einfach an, wenn sowohl das hydraulische Zylinder-Kolben-System
wie auch der Resonanzschwingkopf im Wesentlichen mechanisch ausgebildet
sind. Die Kopplung erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen starr, um
mögliche
Verluste zu minimieren. Bei besonderen Anwendungen ist aber selbstverständlich eine
geeignete Gestaltung über
Hebel, Lager und/oder ähnliches
möglich.
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Bei einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Schwingungsanordnung hydraulisch mit dem
einen Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikkolben, gekoppelt
ist. Diese Variante ermöglicht
eine größere räumliche
Flexibilität,
ist jedoch technisch aufwendiger. Sie bietet sich insbesondere an,
wenn der Resonanzschwingkopf selbst wenigstens teilweise hydraulisch
aufgebaut ist, wie weiter unten näher erläutert werden soll.
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Die konkrete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Resonanzschwingkopfes
kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei einer grundlegenden Variante,
dem sog. 2-Massen-Schwinger, ist vorgesehen, dass lediglich eine
Schwingmasse relativ zu dem feststehenden, als Gegenmasse wirkenden
Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikzylinder, schwingungsfähig gelagert
und mit dem anderen Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikkolben, im
Wesentlichen starr gekoppelt ist. „Starr" bedeutet in diesem Zusammenhang zu
keiner wesentlichen Relativschwingung fähig und umfasst auch hydraulische
Kopplungen, Gelenkkopplungen u.ä.
Ein Vorteil dieser Variante ist der besonders einfache Aufbau.
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Bei einer anderen, grundlegenden
Variante, dem sog. 3-Massen-Schwinger,
ist vorgesehen, dass die Schwingungsanordnung wenigstens zwei relativ zueinander
schwingfähige
Schwingmassen aufweist, die gemeinsam relativ zu dem feststehenden,
als Gegenmasse wirkenden Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikzylinder,
schwingungsfähig
gelagert sind. Lediglich eine erste dieser Schwingmassen ist mit
dem anderen Hydraulikelement, insbesondere dem Hydraulikkolben,
im Wesentlichen starr gekoppelt. Diese Variante ist besonders vorteilhaft,
wenn kleine Relativbewegungen von Hydraulikzylinder und -kolben
realisiert werden sollen. Dann nämlich
kann die zweite Schwingmasse mit einer größere Amplitude schwingen und
mehr von dem Schwingungserreger aufgebrachte Energie in das Ge samtsystem
einkoppeln. So können
besonders große
Kräfte
erzeugt werden.
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Auch für die Ausgestaltung des Schwingungserregers,
der für
die Anregung der Schwingung des Resonanzschwingkopfes zu sorgen
hat, sind verschiedene Ausführungsformen
denkbar. Bei einer besonders günstigen
Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Schwingungserreger ein an einem Schwingkörper der
Schwingungsanordnung gelagerter, motorisch in Rotationsbewegung
versetzbarer Unwuchtkörper
ist. Ein rotierender Unwuchtkörper
ist infolge der Impulserhaltung in der Lage, die Schwingmasse/n
in die erwünschte
Schwingung zu versetzen. Selbstverständlich ist es auch möglich mehrere Unwuchtkörper z.B.
gegenläufig
rotieren zu lassen, sodass sich Komponenten senkrecht zur erwünschten
Schwingungsrichtung gegenseitig aufheben.
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Der motorische Antrieb des Unwuchtkörpers kann
dabei als Teil des Resonanzschwingkopfes vorgesehen sein und bei
der Schwingung als Masse wirken. Günstiger ist es jedoch häufig, wenn
der Unwuchtkörper über einen
flexible Antriebswelle von einem schwingungstechnisch von der Schwingungsanordnung
entkoppelten Motor antreibbar ist. Dies lässt eine größere Freiheit bei der Gestaltung
des Motors und der Auslegung der Systemparameter des Resonanzschwingkopfes
zu. Häufig
wird nämlich
der Fall vorliegen, dass ein für
die erforderliche Leistung hinreichend groß dimensionierter Motor eine
größere Masse
aufweist, als für
die optimale Auslegung des Resonanzschwingkopfes günstig ist.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Schwingungserreger einen motorisch antreibbaren
Exzenter aufweist, durch dessen Bewegung eine periodische Auslenkung
wenigstens einer Schwingmasse direkt oder mittelbar über eine
mechanische Koppelvorrichtung erzwingbar ist. Der Exzenter kann
z.B. als außermittig
auf einer rotierenden Schwungscheibe angeordnetes und mit einer
mechanischen Gelenkverbindung gekoppeltes Lager ausgeführt sein.
Auch eine Ausführung als
rotierender Nocken, der die Auslenkung der Schwingmasse erzeugt,
ist möglich.
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Bei einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Schwingungserreger einen elektromagnetischen
Antrieb umfasst, mit welchem wenigstens eine Schwingmasse in Schwingung
versetzbar ist. Hierbei ist grundsätzlich vorgesehen, dass eine
Schwingmasse, insbesondere ein Schwingkörper durch einen elektrisch
angesteuerten Magneten relativ zu dem feststehenden Hydraulikelement,
insbesondere dem Hydraulikzylinder bewegt wird, um die erwünschte Schwingung
des Resonanzschwingkopfes zu erzeugen. Dies kann beispielsweise
durch geeignete Schaltung und Umpolung der Stromzufuhr eines Elektromagneten
mit einer geeigneten Steuerung oder Regelung erfolgen. Sind in dem
Resonanzschwingkopf zwei oder mehr Schwingkörper vorgesehen, lässt sich
die vorgenannte Ausführungsform des
Schwingungserregers dergestalt weiterbilden, dass durch den elektromagnetischen
Antrieb wenigstens zwei Schwingkörper
der Schwingungsanordnung in eine relative Schwingungsbewegung zueinander
versetzbar sind.
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Schließlich kann bei einer dritten
Ausführungsform
des Schwingungserregers vorgesehen sein, dass der Schwingungserreger
eine periodisch ansteuerbare hydraulische Zylindervorrichtung umfasst,
durch die eine als Schwingmasse wirkende Hydraulikflüssigkeitssäule in Schwingung
versetzbar ist. Diese Variante bietet sich insbesondere bei einer
wenigstens teilweise hydraulischen Ausgestaltung der Schwingungsanordnung
an. Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform sind Ventile der
hydraulischen Zylindervorrichtung mit der Resonanzfrequenz des Systems
ansteuerbar, sodass die Flüssigkeitssäule als
schwingende Masse wirkt. Bei einer etwas kom plexeren Ausgestaltung
ist dagegen vorgesehen, dass gekoppelt mit der als eine erste Schwingmasse
wirkenden Hydraulikflüssigkeitssäule ein
als eine zweite Schwingmasse wirkender Schwingkörper vorgesehen ist. Dieser
ist vorzugsweise zwischen elastischen Elementen angeordnet. Durch
resonante Ansteuerung der hydraulischen Zylindervorrichtung werden
Flüssigkeitssäule und
Schwingkörper
zur Schwingung angeregt, wobei der Schwingkörper die Gesamtschwingmasse
erhöht.
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Je nach dem konkreten Ziel einer
Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile kann es erforderlich sein, einen statischen
hydraulischen Vordruck in dem Hochdruckteil des Systems aufzubauen.
Dieser Druck kann beispielsweise durch eine mechanische Vorspannung
des Systems aufgebaut werden. Günstiger
kann es jedoch sein, den Vordruck durch eine mit dem Hydraulikzylinder über ein
Rückschlagventil hydraulisch
verbundene Vordruckpumpe aufzubauen. Das Rückschlag- und/oder Drosselventil
wird vorzugsweise so ausgelegt, dass Hydraulikflüssigkeit bei Überdruck
auf Seiten der Vordruckpumpe in den Hydraulikzylinder strömen kann,
während
ein umgekehrter Volumenstrom unterbunden wird. Diese Variante hat
gegenüber
der rein mechanischen Vorspannung den Vorteil, dass sie gleichzeitig
für eine
Kompensation der Leckageverlusten sorgt.
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Um das System der Vordruckpumpe wirksam
gegen den im Hochdruckteil des Systems erzeugten Hochdruck zu schützen, ist
bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen,
dass bei druckerhöhender
Bewegung des Hydraulikkolbens relativ zum Hydraulikzylinder der
Einlass der Hydraulikverbindung mit der Hochdruckpumpe in den Hydraulikzylinder
durch ein Schieberventil verschließbar ist. Dieses Schieberventil
kann vorteilhafter Weise die Seitenfläche des Hydraulikkolbens sein.
Die Verbindungsöffnung
zur Vordruckpumpe im Hydraulikzylinder ist dabei so angeordnet,
dass sie bereits bei einer geringen Eintauchbewegung des Hydraulikkolbens
in den Hydraulikzylinder verschlossen wird. Fährt der Hydraulik kolben wieder
aus dem Hydraulikzylinder aus, öffnet
sich die Einlassöffnung wieder
und eventuelle Leckageverluste können
kompensiert und der von der Vordruckpumpe definierte Minimaldruck
wieder eingestellt werden.
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Zur Durchführung einer möglichst
effizienten Prüfung
innendruckbelasteter Bauteile ist bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
vorgesehen, dass zur simultanen Prüfung einer Mehrzahl von Prüfstücken eine
Mehrzahl von Anschlussstellen hydraulisch mit dem Hydraulikzylinder
verbunden sind. Eine Obergrenze für die Anzahl der gleichzeitig
prüfbaren
Prüfstücke wird
durch die inneren Reibungsverluste des hydraulischen Hochdruckteils
des Systems gesetzt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielhaft veranschaulicht sind.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1:
Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
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2:
eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit elektromotorisch angetriebenem
Schwingungserreger,
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3:
eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit elektromagnetisch
angetriebenen Schwingungserreger und
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4:
eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit hydraulisch
angetriebenen Schwingungserreger.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 100,
ausgeführt
als sog. 2-Massen-Schwinger,
bei dem im Wesentlichen eine Schwingmasse gegen eine feststehende
Gegenmasse schwingt. Diese setzt sich im Wesentlichen zusammen aus
einem Resonanzschwingkopf 10, einem Hochdruck-Hydraulikteil 20 und
einer Kopplung 30 der beiden vorgenannten Systemteile.
Der Resonanzschwingkopf 10 umfasst einen Schwingkörper 11,
der aus zwei Masseplatten 11a, 11b besteht, die über starre
Verbindungsstäbe 12 miteinander
verbunden sind. Der Schwingkörper 11 ist
mittels geeignet dimensionierter, elastischer Elemente 13 schwingfähig mit
einem als Traverse 60 angedeuteten, feststehenden, starren
Rahmen verbunden. Weiter umfasst der Resonanzschwingkopf 10 einen
Schwingungserreger 14, der mit dem Schwingkörper 11 gekoppelt
ist.
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Der Hydraulik-Hockdruckteil 20 des
Systems umfasst einen Hydraulikkolben 21, der zur Erzeugung
des Hochdrucks mit einem Hydraulikzylinder 22 zusammenwirkt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Hydraulikzylinder 22 starr mit dem Rahmen 60 verbunden. Über ein
System von Hydraulikleitungen 24 ist der Hydraulikzylinder 22 mit
einer Druckverteilerleiste 25 verbunden, die mehrere Anschlussstellen 26 für zu prüfenden Prüfstücke 27 aufweist.
Aus Sicherheitsgründen
können
ein oder mehrere Überdruckventile 28 vorgesehen
sein. Zur Überwachung
des Prüfprozesses
können
ein oder mehrere Druckmessgeräte 29 angeschlossen
sein.
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Zur Durchführung einer Prüfung von
innendruckbelasteten Bauteilen wird zunächst der Schwingungserreger 14,
der beispielsweise ein Unwuchtantrieb sein kann, mit einer geeigneten
Frequenz angesteuert. Dies erzeugt eine zunächst geringe Schwingung des
Schwingkörpers 11 zusammen
mit dem Hydraulikkolben 21 relativ zu Rahmen 60 und
Hydraulikzylinder 22. Ist die Anregungsfrequenz geeignet gewählt, verstärkt sich
die Schwingung resonant, sodass der Hydraulikkolben 21 periodisch
mit der gewählten
Schwingungsfrequenz in den Hydraulikzylinder 22 eintaucht,
was in der nachgeschalteten Hydraulikleitung 24, der Druckverteilerleiste 25 und
den Prüfstücken 27 zu
einem periodisch variierenden Hochdruck führt. Auf Grund der resonanten
Konstellation erfolgt eine maximale Leistungsaufnahme des Systems,
d.h. abgesehen von den unvermeidlichen Reibungs- und Leckageverlusten
wird die gesamte durch den Schwingungserreger in das System eingespeiste
Energie in Bewegungs- bzw. Druckenergie umgewandelt. Durch diese
effiziente Ressourcennutzung wird es möglich, den Prüfungsvorgang
schneller und mit insgesamt geringerem Energieverbrauch als bislang
möglich
durchzuführen.
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Weiter ist in 1 ein Leckage-Kompensationssystem 40 dargestellt.
Dieses umfasst eine mit einem Vorratstank für Hydraulikflüssigkeit
verbundene Pumpe 41, die über eine Leckageleitung 42 mit
dem Hydraulikzylinder 22 verbunden ist. In die Leckageleitung 42 ist
ein Rückschlagventil 43 eingebaut,
das bei Überdruck
auf Seiten der Pumpe 41 einen Volumenstrom zur Kompensation
etwaiger Leckageverluste in den Hydraulikzylinder 22 ermöglicht.
Bei umgekehrten Druckverhältnissen,
die beim Eintauchen des Hydraulikkolbens 21 in den Hydraulikzylinder 22 vorliegen,
schließt
das Rückschlagventil 43 dagegen.
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Nicht dargestellt sind in 1 für den praktischen Betrieb günstige Elemente,
wie etwa eine Kühlung
oder weitere Steuer- und
Sicherheitsventile.
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2 stellt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 200 dar,
die sich dadurch auszeichnet, dass der Schwingungserreger einen
motorisch angesteuerten Unwuchtkörper aufweist.
Die Prüfvorrichtung 200 umfasst
einen Rahmen 60, der zur mechanischen Entkopplung auf weichen
Fe dern 61 aufgestellt ist. Die spezielle Ausgestaltung
des Rahmens 60 oder der Federn 61, die selbstverständlich auch
als andere elastische Elemente, beispielsweise Elastomerblöcke, ausgeführt sein
können,
ist für
die vorliegende Erfindung unerheblich. Die nachfolgende Beschreibung
beschränkt sich
daher auf die zum besseren Verständnis
der Erfindung relevanten Merkmale. Im folgenden wird der Rahmen 60 als
Bezugssystem verwendet und als „feststehend" und „starr" angenommen. Der
Rahmen 60 weist eine Traverse 62 auf, mit der
ein Schwingkörper über Federn 13 schwingfähig gekoppelt
sind. Der Schwingkörper
besteht aus zwei Masseplatten 11a, 11b, die über starre
Zug-/ Druckstäbe 12 miteinander
verbunden sind.
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Die zweite Masseplatte 11b ist über eine
mechanisch starre Kopplung 30 mit einem Hydraulikkolben 21 verbunden,
der in einen mit dem Rahmen 60 starr verbundenen Hydraulikzylinder 22 eintaucht, welcher
mit einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise
Hydrauliköl
gefüllt
ist. Der Hydraulikzylinder 22 ist mit einer Hydraulikleitung 24 verbunden,
die zu einer Druckverteilerleiste 25 führt. Der Anschluss von Prüfstücken an
die Druckverteilerleiste 25 ist in 2 nicht dargestellt.
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Zur Durchführung einer Prüfung von
innendruckbelasteten Bauteilen mittels der in 2 dargestellten Prüfvorrichtung wird ein in einem
Gehäuse 141 angeordneter
Unwuchtkörper über eine
flexible Welle 142 von einem Motor 143 in eine
Rotationsbewegung versetzt. Der Motor 143 ist vorzugsweise
ein Elektromotor, kann jedoch selbstverständlich auch als Verbrennungsmotor
ausgeführt
sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Motor an den Rahmen 60 angeflanscht.
Die flexible Welle 142 stellt eine schwingungstechnische
Entkopplung von Motor 143 und Resonanzschwingkopf 10 dar.
Durch Rotation des Unwuchtkörpers
mit geeigneter Drehzahl wird eine resonante Schwingung des Schwingkörpers und
des mit ihm gekoppelten Hydrau likkolbens 21 relativ zu Rahmen 60 und
Hydraulikzylinder 22 erzeugt.
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Um zum einen ein Verkanten des Kolbens 21 zu
verhindern und zum anderen Energieverluste zu vermeiden, die durch
Schwingungskomponenten senkrecht zur Kolbenbewegung entstehen könnten, werden
die Masseplatten 11a, 11b durch Führungen 63, 64 zu
einer geradlinigen Bewegung gezwungen.
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In 2 ist
eine besonders vorteilhafte Anordnung der Leckage-Kompensationsleitung 42 angedeutet.
Die Einlassöffnung
der Leckage-Kompensationsleitung 42 in den Hydraulikzylinder 22 ist
geringfügig
unterhalb des oberen Todpunktes des Hydraulikkolbens 21 angeordnet.
Beim Eintauchen des Kolbens 21 dient dessen Seitenfläche als
Schieberventil und verschließt
die Leckage-Kompensationsleitung 42, so dass eine in 2 nicht dargestellte Vordruckpumpe
nicht dem im Zylinder 22 erzeugten Hochdruck ausgesetzt
wird.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
die sich dadurch auszeichnet, dass der Schwingungserreger als elektromagnetischer
Antrieb ausgestaltet ist. Soweit der Aufbau dem von 2 entspricht, wird auf eine Wiederholung
der Beschreibung verzichtet. Gleiche Bezugszeichen weisen auf identische
oder funktional äquivalente
Bauteile hin.
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Der Schwingungserreger ist durch
einen Elektromagneten 144 realisiert, der eine Masse, realisiert
durch eine Metallplattenstapel 145, gegen die Masseplatte 11a des
Schwingkörpers
hebt und senkt. Durch geeignete Ansteuerung der Ströme in dem
Elektromagneten 144 wird der Schwingkörper und der mit ihm verbundene
Hydraulikkolben so in eine resonante Schwingung versetzt.
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4 stellt
schließlich
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung dar.
Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist geringfügig anders,
als in den 2 und 3. Einander entsprechende
Bauteile sind jedoch mit gleichen Bezugszeichen, wie bei den zuvor
beschriebenen Ausführungsformen
gekennzeichnet, sodass auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet
werden kann und nur die wesentlichen, abweichenden Merkmale diskutiert
werden sollen. Bei dieser Ausführungsform dient
eine Flüssigkeitssäule, deren
genauer Verlauf in 4 nicht
erkennbar ist, im Wesentlichen als Schwingmasse. Gekoppelt mit dieser
Flüssigkeitssäule ist
ein Schwingkörper 11,
der über
die Federn 13 zwischen zwei festen Anschlägen 62' schwingen kann.
In seiner Ruhelage wird der Schwingkörper 11 von Federn 13 etwa
mittig zwischen den Anschlägen 12' gehalten. Mittels
einer hydraulischen Zylinderanordnung mit Ventilsteuerung wird die
Flüssigkeitssäule und
mit ihr der Schwingkörper 11 in
eine Schwingung versetzt, wobei der Schwingkörper 11 die Gesamtschwingmasse
erhöht.
Die Flüssigkeitssäule ist über die
hydraulische Kopplung 30 auch mit dem Hydraulikkolben gekoppelt.
Bei geeignet ausgelegter Ventilsteuerung wird so das System in eine
resonante Schwingung versetzt, dessen Funktion im übrigen derjenigen
der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
entspricht.
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Natürlich stellen die beschriebenen
Ausführungsformen
lediglich Illustrationen besonders günstiger Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere bei der speziellen
Gestaltung des Resonanzschwingkopfes, der konkreten Auslegung des
hydraulischen Hochdruckteils sowie der Kopplung beider Systembereiche
kann der Fachmann im Rahmen der offenbarten Lehre vielfältige Abwandlungen
treffen.