DE1224966B - Schwingvorrichtung zur Erzeugung dynamischer Wechselkraefte, insbesondere bei der Festigkeits-pruefung grosser Bauteile - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 06 b

Deutsche KL: 42 s-1/12

Nummer: 1224 966

Aktenzeichen: Sch 28432 VI a/42 s

Anmeldetag: 3. September 1960

Auslegetag: 15. September 1966

Für dynamische Festigkeitsprüfungen an Bauteilen und anderen Körpern kann die Resonanz schwingungsfähiger Systeme zur Erzeugung der Prüfkräfte ausgenutzt werden. Es gibt verschiedene Maschinen dieser Art, bei denen ein aus Feder und Masse bestehendes Schwingsystem den eigentlichen Krafterzeuger bildet. In Sonderfällen ist es jedoch schwierig, auf solchen Maschinen den Prüfkörper unterzubringen, z. B. dann, wenn es sich um größere Bauteile, wie Fahrzeugrahmen, Flugzeugteile u. dgl. ίο handelt. Zur dynamischen Prüfung derartiger Körper ist es bekannt, Einzelzylinder anzusetzen, die von hydraulischen Pulsatoren gesteuert werden. Diese Verfahrensweise bringt jedoch Nachteile mit sich, insbesondere hinsichtlich der Gegenlageranordnung, der Prüffrequenz und der Beschränkung auf Schwelllastversuche.

Durch die Erfindung soll ein handliches und einfach zu bedienendes, aber trotzdem zuverlässiges Prüfgerät, insbesondere zur Prüfung größerer Bauteile geschaffen werden, das die Nachteile der bekannten Prüfmaschinen nicht besitzt.

Es sind Vorrichtungen zur Prüfung von Bauteilen bekanntgeworden, bei denen der Prüfkörper selbst als Feder ausgenutzt wird und die dynamische Wechselkraft von einem Schwingungserreger erzeugt wird. Dieses Prüfsystem hat jedoch den Nachteil, daß die Richtung der Prüffrequenz nicht beliebig gewählt werden kann, da die Feder des Bauelementes Teil des schwingenden Systems ist und daher die Schwingrichtung bestimmt. Besitzt die Federkonstante des Bauteiles in verschiedenen Richtungen verschiedene Werte, so wirken sich diese besonders nachteilig aus, da es dann nicht möglich ist, das Bauteil in jeder beliebigen Richtung mit derselben Frequenz zu prüfen. Bei einer Prüfung mit Hilfe der bekannten Vorrichtung ist man, da außerdem auch eine Spannungsverteilung entsprechend der Eigenresonanz des Bauteiles in diesem auftritt, nur auf wenige Anwendungsfälle beschränkt.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Prüfgerät geschaffen werden, das beliebig eingesetzt werden kann und bei dem die Prüffrequenz und die Richtung der Prüfschwingungen beliebig gewählt werden können. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß eine biegesteife Schwingfeder, die mit einem Ende an einem mittels einer oder mehrerer Federn schwingelastisch aufgehängten Halter befestigt ist, die Achse der Vorrichtung in beliebigen Winkellagen hält und daß die Schwingfeder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung des Halters mit dem jeweiligen Prüfling über eine ko-Schwingvorrichtung zur Erzeugung dynamischer
Wechselkräfte, insbesondere bei der Festigkeitsprüfung großer Bauteile

Anmelder:

Carl Schenck, Maschinenfabrik G. m. b. H.,

Darmstadt, Landwehrstr. 55

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Heinz Kreiskorte, Darmstadt;

Dipl.-Ing. Hermann Drenckhahn, Neckargemünd

axial verlaufende Rundstabfeder oder eine Blattfeder oder ein anderes senkrecht zur Kraftübertragungsrichtung stets elastisches Glied kraftschlüssig angekoppelt ist.

Gemäß der Erfindung ist die Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems in Prüfrichtung höher als die Eigenfrequenzen in den anderen Freiheitsgraden des Masse-Feder-Systems.

Vorteilhaft wird ein Fliehkrafterzeuger als Schwingungserzeuger verwendet. Dieser oder ein anderer Schwingungserzeuger kann derart ausgebildet sein, daß von dem Feder-Masse-System Torsionsschwingungen erzeugt werden.

Weitere Erfindungsmerkmale gehen aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Unteransprüchen hervor.

Die Zeichnung veranschaulicht durch zwei Abbildungen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen in schematischer Weise.

1 deutet einen an der Wand 9 eingespannten Prüfkörper, z. B. ein Fahrzeugbauteil, an, das beliebige Verformung, etwa horizontale und vertikale Durchbiegung, sowie Torsion erfahren soll. Der Prüfkörper ist durch das in allen Richtungen, außer der Belastungsrichtung, weiche und elastische Glied 2 mit einem aus der Feder 3 und einer Masse M bestehenden Schwingsystem gekoppelt. Diese Masse M setzt

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sich im Beispiel nach A b b. 1 zusammen aus dem Antriebsmotor 5 mit den Fliehkrafterregern 6 α und 6 b, einer gegebenenfalls benötigten Zusatzmasse 4 und einem Teil des Eigengewichts der Feder 3. Das System soll vorzugsweise etwa unterhalb der Resonanzfrequenz erregt werden. Als Antrieb wird vorteilhaft ein Gleichstrommotor verwendet oder aber ein Dreh- oder Wechselstrommotor, den ein· frequenzregelbarer Umformersatz speist. Die Frequenz des Systems bestimmt sich, da die Prüfkörper meistens verhältnismäßig steif sind, im wesentlichen aus der Konstante der Feder 3 und der Größe der Masse M. Die Feder 3 bleibt ungeführt, damit ihre Schwingbewegungen für keinen Freiheitsgrad außerhalb der Prüfrichtung behindert sind. Im ganzen wird das System zweckmäßig so ausgelegt, daß die Eigenfrequenz in der Prüfrichtung weit über den Eigenfrequenzen der anderen fünf Freiheitsgrade liegt. Fliehkrafterregung ist günstig, weil dabei die Erregungskräfte im Bereich der unteren Frequenzen wesentlich kleiner sind als im Bereich der eigentlichen Arbeitsfrequenz. Statt einer Fliehkrafterregung ist auch eine elektrodynamische oder eine Federkrafterregung für die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Art der elastischen Kraftübertragung vom Feder-Masse-System 3, M auf den Prüfkörper 1 durch das nur in einem Freiheitsgrad, nämlich in Prüfrichtung weitgehend unelastische Verbindungsglied 2, z. B. eine Rundstabfeder. En solches Glied kann die Eigenverformung der Prüfkörper, die in beliebigen Richtungen zu belasten sind, in keiner Weise behindern. Andererseits werden dadurch die Eigenverformungen, die nicht in Prüfrichtung liegen, vom Feder-Masse-System ferngehalten. Unter der Bedingung, daß im Prüfkörper quer zur Prüfkraftrichtung Verformungen nicht aufzutreten vermögen, ist es unter Umständen zweckmäßig, statt der Rundstabfeder eine Blattfeder (nicht gezeichnet) als Kraftübertragungsglied vorzusehen. Oft wird es zweckmäßig sein, das Feder-Masse-System 3, M starr mit einem Prüfkörper zu verbinden, ohne dabei die Massen zu führen. Dann fällt also das Glied 2 weg.

Die Anordnung des Feder-Masse-Systems 3, M kann derart geschehen, daß es mittels eines weich elastischen Gliedes 7 im oder über dem Schwerpunkt der Prüfvorrichtung einschließlich des Halters 8 ortsfest aufgehängt wird. Diese Aufhängung trägt das Eigengewicht der Vorrichtung, wozu andere Vorrichtungsglieder z. B. wegen ihrer weichen Ausführung meist nicht befähigt sind. Die Feder 3 soll zweckmäßig so ausgeführt sein, daß sie ihrerseits das Eigengewicht der Masse M zu tragen vermag.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich außerdem Prüfkörper auf Torsion beanspruchen. Versetzt man nämlich gemäß A b b. 2 die Unwuchten 16 a und 16 b zu beiden Seiten der Welle des Antriebsmotors 15 gegeneinander um 180°, so entsteht ein erregendes Torsionsmoment, angedeutet durch den halben Pfeilring 16 c, um die Achse 13« der Feder 13, wobei eine praktisch bedeutsame Erregung in Richtung der Federachse unterbleibt. Da Schraubenfedern auch gegen Torsionsbeanspruchungen verhältnismäßig steif sind, läßt sich das Schwingsystem auf diese Weise leicht in Torsionsschwingungen versetzen und ein Prüfkörper oder Bauteil 11 entsprechend belasten. Das Schwingsystem wird dafür so abgestimmt, "daß alle übrigen Eigenfrequenzen außerhalb der Torsionsarbeitsfrequenz bleiben, die Zug-Druck-Eigenfrequenz aber oberhalb liegt und nicht durchfahren zu werden braucht. Sofern alle Eigenfrequenzen der fünf übrigen Freiheitsgrade unterhalb der Torsionseigenfrequenz bleiben sollen, so kann dies durch eine entsprechende Federausführung, z. B. von rechteckigem Querschnitt, der über die hohe Kante gewunden ist, oder durch Anordnung einer Schwingmasse mit kleinem Trägheitsmoment mühelos erreicht werden.

Als Feder 3 wird zweckmäßig eine Feder benutzt, die in Zug- und Druckrichtung belastbar ist. Es ist aber auch möglich, mehrere gegeneinander verspannte Druckfedern zu verwenden.

Wenn ein sehr weicher Prüfkörper zu untersuchen ist, dann sorgt man erfindungsgemäß für eine Vorrichtung, mit der die Feder 13 mehr oder weniger blockiert werden kann. Dadurch wirkt die Vorrichtung als Masse mit Erreger und bildet zusammen mit dem Prüfkörper als federndes Glied ein schwingfähiges System.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Aus Feder und Masse bestehende, durch einen mitschwingenden Ejreger betriebene Schwingvorrichtung zur Erzeugung dynamischer Wechselkräfte, insbesondere bei der Festigkeitsprüfung großer Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß eine biegesteife Schwingfeder (3), die mit einem Ende an einem mittels einer oder mehrerer Federn (7) schwingelastisch aufgehängten Halter (8) befestigt ist, die Achse der Vorrichtung in beliebigen Winkellagen hält und daß die Schwingfeder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung des Halters mit dem jeweiligen Prüfling (1) über eine koaxial verlaufende Rundstabfeder (2) oder eine Blattfeder oder ein anderes senkrecht zur Kraftübertragungsrichtung stets elastisches Glied kraftschlüssig angekoppelt ist.

2. Aus Feder und Masse bestehende Schwingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems (M, 3) in Prüfrichtung (Federachsenrichtung) höher als die Eigenfrequenzen in den anderen Freiheitsgraden des Masse-Feder-Systems ist.

3. Schwingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Masse-Feder-System (M, 3) durch einen Fliehkrafterzeuger (5) zu Schwingungen erregtwird.

4. Schwingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Halter (8) angeordneten federnden Elemente (Feder 7) im Schwerpunkt des Schwingsystems oder auf einer Schwerelinie angreifen.

5. Schwingvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erregungsvorrichtung (15, 16) für Torsionsschwingungen vorgesehen ist (F i g. 2) und als Kraftübertragungsglied ein Torsionskraft übertragendes Element benutzt wird.

6. Schwingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (3, 13) des Feder-Masse-Systems ganz oder teilweise blokkierbar ist.