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Die Erfindung betrifft einen Prtifstand zur praxisnahen Sohwingungs-,
Rüttel-und Festigkeitsuntersuchung von Maschinen oder Getriebemechanismen.
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Man kennt bereits Prüfstände, auf denen die Leistungen von Maschinen
geprüft werden. So sind beispielsweise Motorenprüfstände bekannt, die mit Wasserwirbelbremsen,
Reibungsbremsen oder Pendeldynamos arbeiten. Mit ihnen'kann man Drehmomente, Leistung
bei Volle oder Teillast, Anzugsverhalten u. ä. prüfen. Das Belastungsmoment, dem
die zu prüfenden Maschinen oder Masohinenteile bei den bekannten Früfständen unterworfen
werden, ist aber immer gleiohbleibend. Man kennt auoh Prüfmaschinen fur Dauerschwingprüfungen,
bei denen dem Prüfling während dEr Prüfdauer pulsierende Belastungen auferlegt werden,
jedoch ist der Prüfling ein Probestab mit ganz bestimmten Abmessungen Aus solchen
Prüfungen, die auf verschiedenartige Beanspruchungen ausgedehnt werden können, z.
B. auf Dauerschwingbiogugg, Dauerschwingtorsion, kann wohl auf das Verhalten des
betreffenden Materials bei Schwing-, Biege- bzw. Schwing-und Torsionsbelastungen
geschlossen werden. dber damit ist noch nicht das Verhalten der Maschinen oder des
Getriebes, insbesondere ddr rotierenden Bauteile, unter Einwirkung der tatsächlichen
Betriebsverhältnisse hinsichtlich Belastbarkeit
und Lebensdauer
zu erkennen.
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Is sind anderereeits Schwingungserzeuger für Rotationsvibration bekannt,
durch die statische und dynamische Kräfte auf Arbeitskörper übertragen werden. Hierzu
werden rotierende exzentrisch gelagerte Msassen, penselnde Schwingungakörper gder
auch elektromagnetisch beeinflußte Massen eingesetzt. Alle diese Schwingungserzeuger
verursachen aber periodische Schwingungent mitunter solche, die durch Uberlagerung
einfacher Sinusschwingungen entstehen, die sich aber doch periodisch weederholen
Diese überlagerten periodischen Schwingungen und deren Beschleunigungskräfte entsprechen
aber noch nicht den Anforderungen die die Praxis an Maschinen oder Getriebe stellt.
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Man kennt außerdem Prüfanlagen fUr Getriebe, bei denen zwei Prüflinge
gegeneinander statisch @verspannt sind. lis Me#werkzeug dient ein in den Kraftflu#
eingesetzter Torsionsatab. Hier handelt es sich jedoch um Dauerprüfstände, bei denen
keine pulsierende Drehmomentenbelastung eingeleitet wird.
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Weiterhin kennt man eine der Praxis nahekommende Prüfung von Zahnradgetrieben,
bei der durch Ein- und Ausschalten der Antriebskraft bei unterschiedlichen Belastungsstufen
mehr oder weniger starke Stöße von kurzer Dauer auf die Getriebe aufgebracht werden.
Aber auch diese Prüfung geschieht periodisch.
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Schließlich sind noch Hydropulserprüfanlagen bekannt, bei denen programmgesteuerte
Vollwertvorgaben, die von einem Funktionsgenerator, einem Lnalogie oder Digitalspeicher
mittels Magnetband oder Lochstreifen ausgelöste und elektrisch vorstärkte Signale
einem vor dem Hydropulserzylinder befindlichen Stellmittel, einem Durchflußregelventil
mitteilen. Uber parallel geschaltete Weg- und Kraftaufnehmer wird ein Me#verstärker
beeinflußt, der die elektrische Verstärkung der Signale durch Differenzbildung zwischen
Soll- und Istwert korrigiert. Mit Hilfe solcher Pulsatoren ist es möglich, einem
Prüfling, z.B. einer Maschine} einem Getriebe u. dgl. praxisnahe Belastungen zu
erteilen, so daß nur die außen an einer zu prffenden Maschine oder Getriebe angreifenden
geradlinigen Kräfte nachgeahmt werden. Von außen kommende wechselnde Belastungsmomente,
wie sie s.B. durch Stoßbelastungen u. dgl. vo @ommen, sind durch die Pulserbewegungen
nicht direkt einleitbar. Das aber sind gerade die am meisten in der Praxis auftretenden
Momente.
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Die Erprobungen auf den genannten Prufeinrichtungen bieten keine Gewähr
dafür, daß die untersuchten Maschinen oder Mechanismen in der Detriebspraxis die
gleiche Lebensdauer aufweisen wie beim vers@on. Andererseits gehen die Lastannahmen
von den oberen Spannungsspitzen aus, so daß die Beanspruchungen bei der erprobung
su hoch gewählt sind und daher die Bauteile@meist überdimensioniert werden.
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Zweck der Erfindung ist es deshalb, einen Prüfstand für Maschinen
oder Getriebemechanismen zu schaffen, in dem der zu prüfenden Maschine oder dem
zu prtlfenden Mechanismus dieselben oder nahezu dieselben Momente auferlegt werden
können, wie sie in der Gebrauchapraxis der Maschinen oder Maschinenteile vorkommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Praxis vorhandenen
Belastungen, insbesondere die Spitzenbelastungen, sowohl in bezug auf ihren Betrag
als auch in bezug auf die zeitliçhe Folge und Dauer der Einwirkung entsprechend
den aus Betriebsmessungen ermittelten Lastkollektiven oder danach ausgearbeiteten
Yersuchsprogrammen der zu prüfenden Maschinen bzw. dem zu prüfenden Getriebemechanismus
aufzuerlegen.
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Das wird erfindungsgemä# dadurch err@icht, daß dem ron der Kraftquelle
angetriebenen Prüfling in oder mehrere in ihrer Wirksamkeit die Bedingungen der
Praxis wiedergebende Mittel zum Erzeugen praxisnaher geradlinig gerichteter und
/ oder Toreionsbelastungen Tor- oder / und nachge- t schaltet sind.
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115 Mittel zum Erzeugen praxisnaher Torsionsbelastungen sind gemä#
der Erfindung Pendelgetriebe vorgesehen, deren Pendelausschläge sowohl in bezug
auf Amplitudenhöhe als auch auf Frequenzen dadurch Stellglieder eingeben werden.
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Vorteilhaft sind die Bewegungen der Stellglieder drittels
an
sich bekannter Verstärkung von in der Praxis aufg.nommenen Aufseichnungen eines
elektrischen Äufzeichnungsträgers zu steuern.
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Nach einem weitere Merkmal der Erfindung können die Belastungsmittel
auch ait dem Prüfling verbundene absichtlich fehlerhaft eingebaute Gelenkwellen
sein, um in der Praxis auftretenden Belastungen, insbesondere Lagerbelastungen,
gerecht zu werden.
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Vorteilhaft sind die Gelenkwellen längenveränderbar.
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Die Anschlu#winkel der Gelenkwellen an den Antriebs- und Abtriebsachsen
des Prüflings sind durch programmgesteuertes Verschieben oder Verdrehen des Prüflings
ebenfalls veränderbar, Bei senkrecht stehender Abtriebswelle des Pruflings ist dieser
gemäß der Erfindung mit einer ist einem Gestell senkrecht gelagerten Bremswelle
gekuppelt, auf die durch Stellg@eder eingeleitete Belastungen einzeln, in Gruppen
oder im Gesamten statisch und / oder pulsierend einwirken, wobei auf der Bremswelle
eine Bremseinrichtung angeordnet ist.
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Mit dem Prüfstand kann ein Verfahren zur praxisnahen Prtlfung von
Maschinen oder Getriebemechanismen angewendet werden, in dem ein oder mehrere Pulsetoren
oder sonstige Erzeuger geradlinig gerichteter und / oder tordierender Sotwinungen
auf die An- oder Abtriebsglieder des Prüflings
mit unterschiedlichen
Lastspielzahlen einwirken und diese Wirkungen mittels geeigneter Me#instrumente
abgelesen oder mechanisch aufgezeichnet werden, so daß die abgelesenen oder aufgezeichneten
Meßwerte in der Art einer "Lebensdauerkurve für die zu prüf ende Maschine" festgehalten
werden können.
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Die Zeichnung erläutert den Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen.
Sie zeigt in Fig. 1: einen Getriebeprüfstand nach der Erfindung, Fig. 2: einen abgeänderten
Getriebeprüfstand nach der Erfindung, Fig. 3: einen Schnitt A-A nach Fig. 1 oder
Fig. 2, Fig. 4: einen Getriebeprüfstand mit absichtlich fehlerhaft eingebauten Gelenkwellen
nach der Erfindung; Fig. 5: einen Prüfstand mit senkrechter Wellenlage des zu prüfenden
Getriebes, Fig. 6: eine Ansicht des Prüfstandes nach Fig. 5 von oben s In Fig. 1
ist das zu prüfende Getriebe 1 unmittelbar mit einem Antriebsmotor 2 gekuppelt.
Bs überträgt die Drehungen über die Getrieberäder 3; 4; 5; 6, die ad den Getriebewellen
7; 8 aufgekeilt sind, auf die angekuppelte Welle 9, die ihrerseits mit der Antriebswelle
10 eine Pendelgetriebes 11 gekoppelt ist. Das Pendelgetriebe kann au
den
Zahnrädern 12; 13; 14; 15 bestehen, wobei die Zahnräder 13; 14 auf einer Zwischenwelle
16 und das Zahnrad 1, auf einer Abtriebswelle 18 befestigt sind. Eskann unter Bozohtung
der Drehsahlverhältnisse nur ein einziges oder es können auch mehrere solche Pendelgetriebe
11 vorhanden und hintereinandergeschaltet sein. Die Abtriebswelle des letzter Pendelgetriebes
ist mit der Welle 19 eines zweiten (ietriebes 20 gekoppelt, das dem zu prüfenden
Getriebe 1 gleicht und das selbst ein su prüfendes Getriebe darstellt. Die Welle
21 diesses zweiten Getriebes 20 ist mit der Antriebswelle des Getriebes 1 über eine
Zwischenwelle 22 durch Kupplungen verbunden und kann zunächst mit einem statischen
Drehmoment verspannt werden. Jeder Pendelausschlag des zwischengeschalteten Pendelgetriebes
11 verändert - beschleunigt oder versögert - die Bewegungsvorgänge in den Getrieben
1; 20, so da# sich beliebig gewünschte Beschleunigunge- oder Versögerungskräfte
ergeben, die in den zu prüfenden Getrieben 1; 20 als Drehmomentschwankungen oder
Stöße wirksam werden und dort Torsionsspannungen und Durohbiegungen von Wellen,
Zahnbelastungen der Räder, Lager-und Gehäusebelastungen verursachen, die den Betriebsbelastungen
ganz wesentlich nahekommen. Es besteht bei des Erfindungsgegenstand auob die Möglichkwit,
durch verschieden schnelle Pendelbewegungen sowohl A@plituden als such seitliche
Veränderungen bzw. Schwankungen ii Belastungsablauf zu berücksichtigen. Durr5 ein
sweites oder weitere Pendelgetriebe kann die vom ersten Pendelgetriese
eingeleitete
Grundschwingung praxisnah überlagert werden.
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Anstelle eines zweiten zu prüfenden Getriebes 20 kann auch eine Bremse
treten, so daß die vom Motor 2 eingeleitete und vom zu prüfenden Getriebe 1 aufgenommene
und über die Getrieberäder 3; 4; 5 ; 5 und Getriebewellen 7g 8 geleitete Bewegung
bis beispielsweise zum Motorstillstand abgebremst werden kann. Das ist in Fig. 2
dargestellt, wo an die Stelle des zweiten Getriebe 20 beispielsweise eine Wasserwirbelbremse
23 getreten ist. Zwischen dieser und der Abtriebswelle 18 befindet sich ein Pendelgetriebe
II, das vom Getriebe t aus über die Welle 9 angetrieben wird. Auch bei dieser Anordnung
können mehr als ein Pendelgetriebe zwi chengeschaltet sein. Sie können auch schon
vor das Getriebe gesetzt werden.
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Da@it die Prüfbedingungen, d.h. die Belastungen, die Häufigkeit, die
Dauer ihrer Einwirkung und die Zeitpunkte des Wechsels ron Beschleunigung und Verzpgerung,
sowchl bei einer Anordnung mit gegenseitig verspan@en Getrieben nach Fig. 1 als
auch bei Abbremsanordnungen nach Fig. 2 den Bedingungen der Praxis gerecht werden,
werden die Pendelausschläge der Getriebe durch Stellglieder gesteuert, was z.B.
durch Stellmotoren oder Hydrauliksylinder erfolgen kann. Die Tätigkeit dieser Stellglieder
kann nach einem vorgelegten Programm gesteuert werden. Derartige Stellgleider und
ihre Steuerung duroh Programmschaltungen oder elektronische Verstärker sind bekannt
und daher
nicht Gegenstand der Erfindung. Auf die in Fig. 1 gezeigten
Prüfstände wirkt sich die Tätigkeit der Programmsteuerung so aus, da# durch das
Ausschlagen des Pendels 17 der Pendelgetriebe beispielsweise aus einer Mittelstellung
(Senkrechtlage) heraus nach rechts eine Beschleunigung, nach links eine Verzögerungder
Umfangsgeschwindigkeit der Welle 19 erreicht wird (Fig. 3), die je nach programmgesteuerter
Stellg.schwindigkeit schnell oder langsam kontinuierlich gesteigert, zu gegebenen
Zeiten unterbrochen, weiter gesteigert, oder plötzlich verzögert werden kann.
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Damit können die Bedingungen der Praxis nachgeahmt werden, so z.B.
können bei der Prüfung eines Fahrzeuggetriebes die durch Getriebeschaltungen wechselnden
Geschwindigkeits- und Belastungsverhältnisse bei verschiedenen Belastungen durch
die Wasserwirbelbremse 29 den Verhältnissen angepaßt werden, die auf einer Fahrst@ecke
vorkommen, z.B.
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Geschwindigkeitsveränderun en, Bergfahrt mit unterschiedlicher Steigung,
Stra#enbeschaffenheit.
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Um insbesondere Sto#belastungen für die Lagerungen zu erzeugen, sind
nach Fig. 4 zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem zu prüfenden Getriebe 1 und zwischen
diesen und der Wasserwirbelbremse 29 Gelenkwellen 24; 25 80 eingebaut, daß sie nicht
nur mit den angekuppelten Wellen 9 bzw. 19 einen Winkel bilden, sondern auch mit
den Wellen 26 bzw. 27 des Getriebes 1. Be ensteht dadurch ein Kraft-bzw. Momentonvektor,
der nahezu als Stoßbelastung in den
lagern und als Drehmomentenschwankung
auftritt. Dieser Effekt, der an sich bekannt ist, wi d in der Erfindung aus genutzt.
Duroh Anwendung von längsv.ränderliohen Gelenkwellen 24; 25 kann durch Verschiebung
des zu prüfenden Getriebes 1 in Pfeilrichtung 28 oder dadurch Drehen des Oetriebes
1 in Pfeilrichtung 29 eine Veränderung der für die Größe der Kraftvektoren maßgebenden
Winkeldifferen@ erreicht werden. Die entstehenden Drehmomentenschwingungen werden
noch von Biegemomenten überlagert, so daß die auf die Lagerungen der Getriebewellen
einwirkenden sioh stetig ändernden Kräfte den Anforderungen der Praxis ebenfalls
gerecht werden.
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Die Erfindung ist auch bei der Erprobung von Mechanismen, besonders
Getrieben mit senkrecht angeordneten Abtriebswellen vorteilhaft anzuwenden, die
große Abbremsdrehmomente (Md # 1000 kpm) bei kleinen Drehsahlen (n# 10 Umin-1) aufweisen.
Solche Getriebe, die z.B. in der chemischen Industrie als Rührgetriebe verwendet
werden, konnten bisher nur im praktischen Einsatz auf Funktionstüchtigkeit, Betriebssicherheit
und Lebensdauer erprobt werden, wobei durch Ausfälle große ökonomische Schäden im
Produktionsprozeß eintreten.
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In den Fig. 5 und 6 ist ein Getriebe 30 mit senkrechter Antriebswelle
auf einem Gerüst 31 montiert gezeigt. Die .Abtriebswelle 32 des Getriebes 30 ist
nit einer senkrecht im Gerüst 31 angeordneten Bremswelle 33 gekuppelt, auf
ein.
Bremstrommel 34 befestigt ist An d.r Bremstrommel 34 liegen Bremsbacken FN an, die
an Gestängen 36 frei pendelnd aufgehängt sind. An den Bremsbacken 35 sind Flanschstücke
37 angeschweit@, an deren freien Inden Gestänge 38 ron den an den Gerüst 31 angeordneten
Dynamometern 39 angelenkt sind.
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Die entstehende Reibungswärme kann kontinuierlich durch Zufluß von
kalten Wasser in die Bremstrommel) 34 und Abfluß des warmen Wassers duroh die Leitung
40 aus der Bremstrommel abgeführt werden, wobei die Füllhöhe selbsttätig regelbar
ist. Durob eine solche Wärmeabführung entsteht ein konstant bleibender Reibwert,
so daß der. Prüfstand im Dauerversuch ohne Uberwachung laufen kann.
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Der gewünschte Bremsdruck kann mittels Handrad 41 und Gewinde spindel
42, aber auch durch Anordnung von @ydraulikzylindern 43; 4 eingestellt und programmgemäß
verändert werden.
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Normalerweise werden bei der beschriebenen Anordnung die an den Br@msbacken
35 auftretenden Kräfte über die Flanschstücke 37 und Gestänge 38 von den Dynamometern
39 gleichmäßig aufgenommen und es entsteht in der Bremswelle 33 t sowie in der Abtriebswelle
32 des Getriebes 30 kein Biegemoment, 80 daß die Getriebelager nicht belastet werden.
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Durch Addition der an den Dynamometern gemessenen Kräfte ergibt sic'i.
das Gesamtdrehmoment. Wird jedoch die Verbindung von einem Flanschstück 37 zu dem
dazugehörigen Dynamemeter unterbrochen, so entsteht ein Biegebeanspruchung
und
die Lager im Getriebe 30 erhalten Radialkräfte. Sofern aber die Reaktionekräfte
der beiden angeschlossenen Dynamometer 39 eiander nicht gleichen, so sind in der
Bremswelle 33 bzw. Antriebswelle 32 ein Teilbiegemoment und in den Wellen lagern
Radialkräfte vorhanden, deren Größe von der Differenz der beiden Abbremsmomente
abhängt. Mit einer in Fig. 6 beispielsweise dargestellten hydraulischen Anlage,
bei der durch eine Pumpe 46 Drucköl für die Hydraulikzylinder 43; 44 gefordert wird,
läßtsich die Anpreßkraft der Bremsbacken 35 erzeugen, die durch elektrisch programmgestuerte
Drosselventile 47 unterschiedlich gestaltet werden kann.
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Durch weitere Stellmittel, z.B. durch Hydraulikzylinder 48; 49, die
mit dem Hebel 50 auf das Stützlager 45 bzw. unmittelbar auf ein Führungslager 51
wirken, können pulsierende Axial-und Radialkrafte zusätzlich, aber ebenfalls programmgesteuert,
auf die Abtriebswelle 33 geleitet werden.
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Durch die besondere Ausbildung des Prüfstandes nach Fig. 5 und 6 können
also betriebsnahe Belastungen, z.3. pulsierend wirkende Dreh- und Biegemomente,
auch in einem Getriebe mit senkrechter Antriebswelle erzeugt werden. Mit geringen
konstruktiven Änderungen kann der in Fig. 5 und 6 dargestellte Prüfstand aber auch
für Getriebe mit waagerecht liegender Abtriebswelle verwendet werden und so praktisch
beispielsweise fUr Fahrzeuggetriebe (Traktorgetriebe) Anwendung iinden.
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Die beschriebenen Prüfstände sind sowohl für statfsche
als
auoh für pulsierende Belastungen, besonders für Dauer erprobungen von Getrieben
oder sonstigen Maschinenaggreeraten geeignet. Sie können durch geeignete Untersätze
auch fahrbar und damit ortsveränderlich gemacht werden, so daß die Erprobungen auch
in Klimakammern oder unter sonstigen Laborbedingungen ausgeführt werden können.
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Die ermittelten Meßwerte lassen sich vorteilhaft zu einer Lebensdauerkurve
für die geprüften Maschinen bzw. das geprüfte Getriebeaggregat für eine beliebige
Zahl von Lsstwechseln auswerten. Das besonders Vorteilhafte ist dabei, daß nicht
wie bisher nur periodisch wiederkehrende Belastungen eingeleitet und untersucht
werden, sondern da# die Belastungen in bezug auf Dauer, Häufigkeit, zeitliche Folge
und Amplitudenhöjhe in der Praxis tatsächlich vorhandenen Bedingungen entsprechen
oder ihnen zumindest sehr nahe kommen.
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Gerade für die Auswahl von Seriengetrieben, wo bisher nur ganz grob
gestufte Betriebsfaktoren zur Anwendung kamen, aber auch fur die konstruktive Formgestaltung
aller Getriebeteile fUr Kraftwagen, insbesondere Schwerlastfahrzeuggetriebo- und
Sondergetriebe-Konstruktionen ist das Erkennen der Belastungen fLir eine vorgegebene
Lebensdauer von ganz besonderer Bedeutung.