DE19745671C1 - Method and device for thermoelastic stress analysis on vehicle wheels - Google Patents

Method and device for thermoelastic stress analysis on vehicle wheels

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermoelastischen Spannungsanalyse an Fahrzeugrädern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and a device for thermoelastic Stress analysis on vehicle wheels according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, die mittels einer FE-Rechnung aus CAD-Daten errechneten Hauptspannungen an den Fahrzeugrädern zur ermitteln, um eine rechnerische Betriebsfestigkeitsvorhersage treffen zu können, damit ein frühzeitiger Aufschluss über die Festigkeit des Rades erzielbar ist. Die rechnerische Betriebsfestigkeitsvorhersage bedient sich beispielsweise einer Werkstoffdatenbank, einer Datenbank für Betriebsbelastungen im Zweiaxialen-Radprüfstand sowie von Ergebnisse der FE-Spannungsberechnungen. Desweitern kann eine Messung am Fahrzeug auf der Straße vorgenommen werden, was relativ zeitaufwendig ist und gegebenfalls zum Vergleich der Rechnung dient.It is known to calculate from CAD data using an FE calculation Main stresses on the vehicle wheels to determine a mathematical Operational strength prediction to be able to make an early disclosure can be achieved via the strength of the wheel. The arithmetic Fatigue strength prediction uses, for example, a material database, a database for operational loads in the biaxial wheel test bench and from Results of the FE stress calculations. Furthermore, a measurement on Vehicle can be made on the road, which is relatively time consuming and if necessary serves to compare the invoice.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermoelastische Spannungsanalyse für Fahrzeugräder zu schaffen, mit der in einfacher Verfahrensweise realitätsnah eine Simulation wie auf der Straße erzielbar ist.The object of the invention is to perform a thermoelastic stress analysis for To create vehicle wheels with the realistic in a simple procedure Simulation of how it can be achieved on the road.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale nach den Ansprüche 1 bis 5 gelöst.This object is achieved by the method and device features solved according to claims 1 to 5.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine einfach aufgebaute Vorrichtung ein Verfahren zur Erstellung einer Spannungsanalyse bzw. eine Darstellung von Hauptspannungssummen an einem Fahrzeugrad bzw. an den einzelnen Radspeichen durchführbar ist.The main advantages achieved with the invention are that by a simply constructed device a method for creating a stress analysis or a representation of main voltage sums on a vehicle wheel or the individual wheel spokes is feasible.

Hierzu wird das Fahrzeugrad über seine Nabe stationär auf einen Lagerbock gespannt, wobei es ansonsten freiliegend ist. Zur Einleitung von entsprechenden Kräften ist auf das Rad ein Aufspannblock, z. B. über ein Spannband festgelegt und der Block wird formschlüssig mit dem Reifen über die sich ineinanderkrallende Vertiefungen in der Reifenoberfläche und den Erhöhungen in der Unterfläche des Aufspannblocks verbunden. Dieser Aufspannblock stellt quasi ein Negativmodell des Reifenprofils dar, so daß die Kraft formschlüssig über das System Aufspannblock/Reifen übertragen werden kann. Über diesen Aufspannblock wird auf das Rad mittels eines Hydropulszylinders eine druckschwellende Sinusbelastung eingeleitet, so daß die eingeleiteten Kräfte aus Radaufstandskraft und Seitenkraft bei Kurvenfahrt der Realität auf der Straße entsprechen.For this purpose, the vehicle wheel is clamped stationary on a bearing block via its hub, otherwise it's exposed. To initiate appropriate forces is on  the wheel is a clamping block, e.g. B. set on a strap and the block is form-fitting with the tire over the interlocking recesses in the Tire surface and the ridges in the lower surface of the clamping block connected. This clamping block represents a negative model of the tire tread, so that the force is transmitted positively via the clamping block / tire system can be. About this clamping block is on the wheel by means of a Hydropulse cylinder initiated a pressure-threshold sinus load, so that the initiated forces from wheel contact force and lateral force when cornering the reality correspond on the street.

Die von einem Laser-Abtastgerät aufgenommenen Signale der Temperaturänderungen an der Oberfläche des Fahrzeugrades, beispielsweise an einer Radspeiche, werden einem Rechner zugeleitet und von hier über eine Farbmonitor in Form von Spannungen sichtbar gemacht, der mit einem Drucker zum Ausdrucken einer Farbkopie mit den Spannungsfarben zusammengeschaltet ist.The temperature change signals picked up by a laser scanner on the surface of the vehicle wheel, for example on a wheel spoke fed to a computer and from here via a color monitor in the form of voltages made visible using a printer to print out a color copy with the Voltage colors are interconnected.

Der Hydropulszylinder ist in einfacher Weise in einem Gestell gehalten, das entsprechend der einzubringenden Kraft unter verschiedenen Winkeln einstellbar ist. Die Krafteinleitung erfolgt unmittelbar über eine mit dem Hydropulser verbundene Druckstange, welche so ausgerichtet ist, daß die Wirkungslinie der Kraft mittig auf den Reifen bzw. auf die Radaufstandsfläche trifft.The hydropulse cylinder is held in a frame in a simple manner is adjustable at different angles according to the force to be applied. The force is applied directly to the hydropulser Push rod, which is aligned so that the line of action of the force is centered on the Tire or hits the wheel contact patch.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is in following described in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 1 is a schematic representation of the device for performing the method and

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung. Fig. 2 is a diagrammatic representation of the device.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst im wesentlichen einen Lagerbock 1 für ein Fahrzeugrad 2 sowie ein Traggestell 3 für einen Hydropulszylinder 4. Zur thermoelastischen Spannungsanalyse ist der Vorderseite des Rades 2 gegenüberstehend ein Laser-Abtastgerät 5 angeordnet, das über einen Korrelator 6 und einen Rechner 7 oder dgl. mit einem Farbmonitor 8 zusammengeschaltet ist. Über einen Farbdrucker 9 wird eine entsprechende Farbkopie mit den gemessenen Spannungsfarben ausgedruckt.The device for carrying out the method essentially comprises a bearing block 1 for a vehicle wheel 2 and a support frame 3 for a hydropulse cylinder 4. For thermoelastic stress analysis, a laser scanner 5 is arranged opposite the front of the wheel 2 , via a correlator 6 and a computer 7 or the like. Is connected together with a color monitor 8 . A corresponding color copy with the measured voltage colors is printed out via a color printer 9 .

Wie in Fig. 2 näher dargestellt ist, wird das Fahrzeugrad 2 in einer vertikalen Ebene ortsfest über seine Radnabe N an einem Lagerbock 1 festgespannt und ansonsten ist das Rad 2 freiliegend angeordnet.As shown in more detail in Fig. 2, the vehicle wheel 2 in a vertical plane is fixed via its N wheel hub on a bearing block 1 is clamped and otherwise the wheel 2 is disposed exposed.

Zum Einleiten von wechselnden, schwellenden Belastungen, wie druckschwellenden Sinusbelastungen, ist auf dem Reifen R ein Aufspannblock 11 in einer horizontalen Ebene X-X angeordnet. Dieser Block 11 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist entsprechend der Profilrillen 2a der Reifenoberfläche ausgebildete, vorstehende Stege auf und stellt quasi ein Negativmodell der Reifenoberfläche dar. Durch diese Ausbildung kann der Lagerblock 11 formschlüssig mit der Reifenoberfläche verbunden werden. Über ein Spannband kann der Aufspannblock 11 entsprechend auf der Reifenoberfläche positioniert und zusätzlich festgehalten werden.For introducing changing, swelling stresses, such as pressure-swelling sine loads, a mounting block is disposed in a horizontal plane XX 11 on the tire R. This block 11 is preferably made of plastic and has protruding webs formed in accordance with the tread grooves 2 a of the tire surface and represents, so to speak, a negative model of the tire surface. With this design, the bearing block 11 can be positively connected to the tire surface. The clamping block 11 can be positioned accordingly on the tire surface and additionally held in place by means of a tensioning band.

Über den Hydropulszylinder 4, welcher über einen Steuerschrank S angesteuert wird, wird mittels einer Druckstange 12, die sich in einer Sackbohrung 13 des Aufspannblocks 11 abstützt, eine Kraft in das Rad 2 derart eingeleitet, daß die Wirkungslinie der eingeleiteten Kraft mittig auf den Reifen R bzw. auf die Radaufstandsfläche trifft. Diese Kraft wird unter einem Winkel von 45° eingeleitet und ist die resultierende Kraft aus der Radaufstandskraft und der Seitenkraft bei Kurvenfahrt. Es ist aber auch jede andere Kraft unter einem anderen Winkel in den Reifen einleitbar. Via the hydropulse cylinder 4 , which is controlled via a control cabinet S, a force is introduced into the wheel 2 by means of a push rod 12 , which is supported in a blind bore 13 of the clamping block 11 , such that the line of action of the force introduced is centered on the tire R or meets the wheel contact patch. This force is introduced at an angle of 45 ° and is the resulting force from the wheel contact force and the lateral force when cornering. However, any other force can be introduced into the tire at a different angle.

Hierzu ist das Gestell 3 zur Aufnahme des Hydropulszylinders 4 über seitliche Stützen 20, 21, welche über einen Querträger 14 miteinander verbunden sind, winkeleinstellbar gehalten.For this purpose, the frame 3 for receiving the hydraulic cylinder 4 via pulse lateral supports 20, 21 which are interconnected by a cross member 14, held angularly adjustable.

Claims (5)

1. Verfahren zur thermoelastischen Spannungsanalyse an Fahrzeugrädern, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugrad (2) stationär aufgespannt und einer wechselnd schwellenden Druckbelastung ausgesetzt wird, welche der resultierenden Kraft aus einer Radaufstandskraft und einer Seitenkraft bei Kurvenfahrt auf der Straße entspricht und daß über ein Laser-Abtastgerät (5) thermoelastische Spannungen am Fahrzeugrad (2) bzw. an den Fahrzeugspeichen aufgenommen werden.1. A method for thermoelastic stress analysis on vehicle wheels, characterized in that the vehicle wheel ( 2 ) is clamped stationary and exposed to an alternating, swelling pressure load, which corresponds to the resulting force from a wheel contact force and a lateral force when cornering on the road, and that via a laser Scanning device ( 5 ) thermoelastic tensions on the vehicle wheel ( 2 ) or on the vehicle spokes are recorded. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelastischen Spannungen mittels einem Korrelator (6) und eines Rechners (7) auf einen Farbmonitor (8) übertragen werden und das Spannungsbild mittels eines Druckers (9) als Farbkopie erstellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the thermoelastic stresses are transmitted to a color monitor ( 8 ) by means of a correlator ( 6 ) and a computer ( 7 ) and the stress image is produced as a color copy by means of a printer ( 9 ). 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugrad (2) in einer vertikalen Ebene ortsfest über seine Radnabe (N) an einem Lagerbock (1) festgespannt und zu diesem freiliegend angeordnet und mit einem Aufspannblock (11) verbunden ist, der mit Profilrillen (2a) des Reifens (R) korrespondierende Profilierungen aufweist und über diese auf dem Reifen (R) formschlüssig gehalten ist.3. Device for carrying out the method according to claims 1 or 2, characterized in that the vehicle wheel ( 2 ) fixed in a vertical plane fixed via its wheel hub (N) on a bearing block ( 1 ) and arranged exposed to this and with a clamping block ( 11 ) is connected, which has corresponding grooves with profile grooves ( 2 a) of the tire (R) and is positively held on the tire (R). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspannblock (11) in einer horizontalen Ebene (X-X) des Reifens (R) oberhalb des Radzentrums (Z) angeordnet ist und mit einer Druckstange (12) eines Hydropulszylinders (4) in Eingriff steht, der unter einem Winkel derart angeordnet ist, daß die Wirkungslinie der Kraft mittig des Reifens (R) bzw. mittig der Radaufstandsfläche auftrifft. 4. The device according to claim 3, characterized in that the clamping block ( 11 ) is arranged in a horizontal plane (XX) of the tire (R) above the wheel center (Z) and with a push rod ( 12 ) of a hydropulse cylinder ( 4 ) in engagement stands, which is arranged at an angle such that the line of action of the force hits the center of the tire (R) or the center of the wheel contact patch. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydropulszylinder (4) in einem Traggestell (3) gehalten ist, das zwei winkeleinstellbare Stützen (20, 21) zu beiden Seiten des aufgespannten Rades (2) umfasst und mit einem Querträger (14) winkeleinstellbar verbunden sind, in welcher der Hydropulszylinder (4) mittig gehalten wird.5. The device according to claim 4, characterized in that the hydropulse cylinder ( 4 ) is held in a support frame ( 3 ) which comprises two angle-adjustable supports ( 20 , 21 ) on both sides of the clamped wheel ( 2 ) and with a cross member ( 14 ) are connected in an adjustable angle in which the hydropulse cylinder ( 4 ) is held in the center.
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