DE19743106A1 - Verfahren zur Prüfung einer Teilstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung einer Teilstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Anpassungsglied zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Teilstrukturen, wie beispielsweise eine Anhängevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, werden aus wirtschaftlichen oder technischen Erwägungen in der Regel nicht zu­ sammen mit der Gesamtstruktur (Fahrzeugkarosserie) geprüft. Statt dessen erfolgt die Prüfung, beispielsweise eine dynamische Prüfung zum Nachweis der Dauer­ festigkeit, an einem Prüfstand, wo bei die zu untersuchende Teilstruktur meist mit einer Steifigkeit an den Prüfstand angebunden wird, die sich von der realen Umge­ bungssteifigkeit der verbleibenden Gesamtstruktur unterscheidet. So sind bei­ spielsweise die Prüfstandsaufbauten für Anhängevorrichtungen üblicherweise deutlich steifer als die entsprechenden Randbereiche der Fahrzeugkarosserie, so daß der Prüfstandsversuch mit einer vom praktischen Betrieb abweichenden Be­ anspruchung durchgeführt wird. Demzufolge besteht die Tendenz, die Anhänge­ vorrichtung überzudimensionieren oder aber auch partiell unterzudimensionieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Prüfverfahrens zu ver­ meiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 5 bis 9 beschreiben Anpassungsglieder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, ein Anpassungsglied vor­ zusehen, das die Umgebungssteifigkeit der restlichen Gesamtstruktur simuliert. Damit wird vermieden, daß im Labor bei der Untersuchung von Teilstrukturen (z. B. von Fahrzeugen oder Maschinen) auf ihre Lebensdauer geänderte Einspannbe­ dingungen zu unrealistischen Kraftflüssen und Verformungen in der zu untersu­ chenden Teilstruktur führen, mit der Folge von Spannungsbildern, die bezüglich der Art und der Höhe der Beanspruchung von der tatsächlich im Zusammenhang mit der Gesamtstruktur auftretenden Beanspruchung abweichen. Durch das Ver­ fahren gemäß Anspruch 1 hingegen können die Randbedingungen der restlichen Gesamtstruktur nachgebildet werden, wodurch eine originalgetreue Erprobung er­ möglicht wird.

Durch die Weiterbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 und/oder 3 können für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle identische Anpassungsglieder verwendet werden. Somit werden die Herstellkosten der Anpassungsglieder und der Aufwand für die Bereitstellung der Anpassungsglieder in einem Labor reduziert. Die Simulation unterschiedlicher Steifigkeiten der Gesamtstruktur erfolgt dabei durch eine Veränderung der Federsteifigkeit des Anpassungsgliedes (Anspruch 2). Adapter (Anspruch 3), mit denen die einzelnen zu prüfenden Teilstrukturen an die einheitlichen Anpassungsglieder angebunden werden, ermöglichen den Einsatz der Anpassungsglieder nach Art eines Baukastensystems. Die Anpassungsglieder können auch prüfstandsseitig in gleichbleibender Weise angebunden werden, wo­ durch sich die Prüfstandsaufbauten vereinfachen.

Anspruch 4 beschreibt eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens. Neben der Prüfung von Anhängevorrichtungen für Kraftfahrzeuge eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren vor allem für solche Teilstrukturen, die an die Peripherie einer Gesamtstruktur angebunden werden. Denkbare weitere Ein­ satzgebiete im Fahrzeugbau sind beispielsweise die Prüfung von Vorder- und Hinterachsen, von Radhäusern oder Federstützen. In den genannten Fällen ersetzt das Anpassungsglied oder ersetzen mehrere Anpassungsglieder die restliche Fahrzeugkarosserie.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich generell in all den Fällen anwenden, in denen eine unrealistisch starre Befestigung einer Teilstruktur in der Gesamtstruktur vermieden werden soll, wie beispielsweise bei der Anbindung von Fahrwerken an einen Eisenbahnwaggon. Auch im Flugzeugbau können Zellen-, Flügel- oder Leit­ werke einer Dauerfestigkeitsprüfung unterzogen werden, wobei durch die Anpas­ sungsglieder die restliche Struktur des Flugzeuges nachgebildet wird. In gleicher Weise ist die Prüfung von Masten, Kranen, Windrädern etc. im Maschinenbau oder beispielsweise die Prüfung von Brückenelementen im Hochbau möglich.

Die Ansprüche 5 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen von Anpas­ sungsgliedern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Mögliche Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Anpassungsglied und

Fig. 2 eine Rückansicht des Anpassungsgliedes von Fig. 1.

Das in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Anpassungsglied weist ein Gehäuse 2 auf, an das Befestigungswinkel 3 zur Anbindung an einen Prüfstandsaufbau ange­ schweißt sind (Schweißnähte 4). Das Gehäuse 2 hat die Form eines Hohlzylinders mit kreisrundem Außen- und Innenumfang. Im Innenraum 5 des Gehäuses 2 ist eine Torsionsstabfeder 6 angeordnet, deren gehäuseseitiger Endabschnitt über eine Klemmeinrichtung 7 gegenüber dem Gehäuse 2 festgelegt ist.

Die Klemmeinrichtung 7 besteht aus einem inneren und einem äußeren Klemmring 8 bzw. 9, deren Keilflächen durch Spannschrauben 11 aufeinander zubewegt wer­ den können, wodurch die Torsionsstabfeder 6 verdreh- und verschiebefest am In­ nenumfang des Gehäuses 2 fixiert wird.

Am anderen Endabschnitt der Torsionsstabfeder 6 ist eine gleichwirkende Klemmeinrichtung 12 mit einem inneren und einem äußeren Klemmring 13 bzw. 14 vorgesehen, mit der ein Flansch 15 über Spannschrauben 11 mit der Torsionsstab­ feder 6 verbunden ist. Der in den Innenraum 5 des Gehäuses 2 ragende Abschnitt des Flansches 15 ist über ein Wälzlager 16 in Form eines Zylinderrollenlagers ge­ genüber der Innenseite des Gehäuses 2 gelagert.

Der Flansch 15 weist vier gleichmäßig am Umfang verteilte Befestigungsbohrun­ gen 17 auf, die beispielsweise auf einem Lochkreisdurchmesser von 100 mm an­ geordnet sind. Der Flansch 15 ist zur Aufnahme eines Adapters vorgesehen, an dem die zu prüfende Teilstruktur befestigt wird. Durch unterschiedliche Adapter einerseits und die veränderbare Elastizität des Anpassungsgliedes 1 andererseits können identisch aufgebaute Anpassungsglieder 1 für eine Vielzahl von Anwen­ dungsfällen verwendet werden. Reicht der Verstellbereich der Klemmeinrichtung 7 zur Darstellung einer größeren Nachgiebigkeit der restlichen Gesamtstruktur nicht aus, können selbstverständlich auch Torsionsstabfedern 6 mit einem geänderten Durchmesser eingesetzt werden.

Durch Verstellung der Klemmeinrichtung 7 in Richtung des Doppelpfeils 18 entlang der Längsachse 10 des Gehäuses 2 kann die wirksame Einspannlänge der Torsi­ onsstabfeder 6 verändert werden. Hierdurch wird, ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten maximalen Länge und damit maximalen Elastizität, eine Anpassung an die Nachgiebigkeit der nachzubildenden restlichen Gesamtstruktur erreicht, so daß die Teilstruktur unter realen Bedingungen geprüft werden kann.

Der nicht dargestellte Adapter ist in Form eines Hebels ausgebildet, wobei durch entsprechende Länge des Hebelarms die gewünschte Übersetzung und damit eine weitere Einstellung der Elastizität vorgenommen werden kann. Außerdem wird durch die Ausrichtung des Adapters auf dem Flansch 15 die Steifigkeit in zwei Raumrichtungen bestimmt. Zur Nachbildung der Nachgiebigkeit in der dritten Raumrichtung ist die Verwendung weiterer Federelemente, beispielsweise in Form prüfstandsseitiger Blattfedern, an denen das Gehäuse 2 angeschraubt ist, denk­ bar. In der Regel ist jedoch die Nachbildung der Steifigkeit in zwei Raumrichtungen durch das erfindungsgemäße Anpassungsglied 1 ausreichend.

Bei Teilstrukturen mit mehreren Anbindungsstellen an die Gesamtstruktur wird eine entsprechende Anzahl von Anpassungsgliedern 1 eingesetzt, um an jeder Anbin­ dungsstelle die real vorhandene Elastizität nachzubilden.

Da sich die zu prüfende Teilstruktur am flanschabgewandten Ende des Adapters auf einem Kreisbogen bewegt, werden mit den erfindungsgemäßen Anpassungs­ gliedern 1 bevorzugt nur geringe Verformungswege umgesetzt, um eine Verspan­ nung des Prüfaufbaus zu verhindern. Die maximalen Verdrehwinkel der Torsions­ stabfeder 6 bewegen sich daher im Bereich von wenigen Winkelgraden.

Anstelle des Wälzlagers 16 kann beispielsweise auch ein Gleitlager, bevorzugt mit Schmierung, eingesetzt werden. Bei Wälzlagern werden rollenförmige Wälzkörper bevorzugt, da sich aufgrund der nur geringen Verdrehwinkel kugelförmige Wälz­ körper zu sehr eingraben würden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Prüfung einer Teilstruktur, die Bestandteil einer Gesamtstruktur ist, wobei die Teilstruktur an einem Prüfstand angeordnet und mit einer Kraft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Prüfstand und der Teilstruktur ein Anpassungsglied (1) vorgesehen ist, das die Steifigkeit der restlichen Ge­ samtstruktur nach bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungsglied (1) ein Federelement (6) aufweist, dessen Federsteifigkeit veränderbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anpassungsglied (1) und Teilstruktur ein starrer Adapter vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtstruktur von der Karosserie eines Fahrzeuges und die Teilstruktur von einer Anhängevorrichtung gebildet wird.

5. Anpassungsglied zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungsglied (1) ein Gehäuse (2) zur Befestigung am Prüfstand sowie ein Federelement (6) aufweist, das einer­ seits am Gehäuse (2) festgelegt und andererseits mit der Teilstruktur ver­ bindbar ist.

6. Anpassungsglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders hat, in dessen Innenraum (5) eine stabförmige Torsions­ feder (6) in Richtung der Längsachse (10) des Hohlzylinders angeordnet ist.

7. Anpassungsglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsstabfeder (6) über eine entlang der Längsachse (10) des Hohlzylinders verschiebbare Klemmeinrichtung (7) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.

8. Anpassungsglied nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (6) an seinem teilstruktur­ seitigen Endabschnitt über ein Wälzlager (16) im Gehäuse (2) gelagert ist.

9. Anpassungsglied nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am teilstrukturseitigen Endabschnitt des Fede­ relementes (6) ein Flansch (15) zur Anbindung des Adapters vorgesehen ist.