DE202020106253U1 - Device for determining the dynamic transmission behavior of dynamically excited test bodies - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Prüfkörpers aufweisend einen Lastrahmen (1) mit einer Lastverteilungsvorrichtung (2), einer Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) für einen Prüfkörper (4), mindestens einer Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) und mindestens einer Messvorrichtung (6), wobei
die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) an einer Lasteingangsseite (E) einen ersten Aufnehmer (3a) und an einer der Lasteingangsseite (E) gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite (A) einen zweiten Aufnehmer (3b) aufweist, zwischen denen der Prüfkörper (4) starr befestigbar ist, wobei
der erste Aufnehmer (3a) mit mindestens einem ersten Lagerelement (7) an der Lastverteilungsvorrichtung (2) des Lastrahmens (1) befestigt ist,
der zweite Aufnehmer (3b) mit mindestens einem zweiten Lagerelement (8) am Lastrahmen (1) befestigt ist,
das mindestens eine erste Lagerelement (7) und das mindestens eine zweite Lagerelement (8) ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) mit dem Prüfkörper (4) im Lastrahmen (1) entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung in einer Frei-Frei-Lagerung zu lagern, und
die Lastverteilungseinrichtung (2) und die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) ausgebildet sind, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungseinrichtung wirkt, in den Prüfkörper (4) entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement (7) und dem mindestens einen zweiten Lagerelement (8) von der Lasteingangsseite (E) durch den Prüfkörper (4) in Richtung der Lastausgangsseite (A) verläuft, einzubringen,
die mindestens eine Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, den Prüfkörper (4) jeweils am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mit einer Erregerkraft dynamisch anzuregen, und
die mindestens eine Messvorrichtung (6) ausgebildet ist, wenn die Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) den Prüfkörper (4) am ersten Aufnehmer (3a) anregt, die Erregerkraft am ersten Aufnehmer (3a) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen, und wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper (4) am zweiten Aufnehmer (3b) anregt, die Erregerkraft am zweiten Aufnehmer (3b) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen.
Device for determining the dynamic transmission behavior of a test body having a load frame (1) with a load distribution device (2), a receiving device (3, 3a, 3b) for a test body (4), at least one excitation device (5, 5a, 5b) and at least one Measuring device (6), wherein
the receiving device (3, 3a, 3b) has a first transducer (3a) on a load input side (E) and a second transducer (3b) on a load output side (A) arranged opposite the load input side (E), between which the test body (4) can be rigidly fastened, with
the first transducer (3a) is attached to the load distribution device (2) of the load frame (1) by at least one first bearing element (7),
the second sensor (3b) is attached to the load frame (1) by at least one second bearing element (8),
the at least one first bearing element (7) and the at least one second bearing element (8) are formed, the receiving device (3, 3a, 3b) with the test body (4) in the load frame (1) along at least one defined excitation direction in a free-free -Storage to store, and
the load distribution device (2) and the receiving device (3, 3a, 3b) are formed, a static preload, which acts on the load distribution device, in the test body (4) along a load path between the at least one first bearing element (7) and the at least one second bearing element (8) from the The load input side (E) runs through the test body (4) in the direction of the load output side (A),
the at least one excitation device (5, 5a, 5b) is designed to dynamically excite the test body (4) on the first transducer or on the second transducer along the at least one excitation direction with an excitation force, and
the at least one measuring device (6) is formed when the excitation device (5, 5a, 5b) excites the test body (4) on the first transducer (3a), the excitation force on the first transducer (3a) and an oscillation path and / or an oscillation speed and / or to measure an oscillation acceleration on the first transducer (3a) and on the second transducer (3b), and when the excitation device excites the test body (4) on the second transducer (3b), the excitation force on the second transducer (3b) and a vibration path and / or to measure an oscillation speed and / or an oscillation acceleration on the first transducer (3a) and on the second transducer (3b).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens von dynamisch angeregten Prüfkörpern, insbesondere elastischen Bauteilen, wie Aggregatelagern und Fahrwerkslagern.The present invention relates to a device for determining the dynamic transmission behavior of dynamically excited test bodies, in particular elastic components such as assembly bearings and chassis bearings.
Mechanische Schwingungen können in komplexen Systemen, wie etwa in Fahrzeugen, Maschinenanlagen oder Gebäuden, die aus verschiedenen Komponenten oder Materialien bestehen, auf unterschiedlichen Übertragungspfaden übertragen werden. Die resultierenden Schall- und Schwingungsphänomene können je nach Intensität und Frequenzbereich vom Menschen akustisch, taktil oder auch visuell wahrgenommen und als angenehmen oder unangenehm empfunden werden. In Kraftfahrzeugen treten beispielsweise bei elektromotorischen Antrieben im Vergleich zu Verbrennungsmotoren wesentlich höhere Frequenzanteile auf, die oft einen sehr tonalen Charakter haben und deshalb selbst bei geringen Schalldruckpegeln vom Menschen sehr gut wahrnehmbar sind. Ein wichtiges Übertragungsglied in der Kette von Schwingungsanregungen durch den Elektroantrieb bis hin zur Schallwahrnehmung am Fahrerohr ist dabei das Aggregatelager.Mechanical vibrations can be transmitted on different transmission paths in complex systems such as vehicles, machinery or buildings that consist of different components or materials. The resulting sound and vibration phenomena can be perceived acoustically, tactilely or visually, depending on the intensity and frequency range, and perceived as pleasant or unpleasant. In motor vehicles, for example, with electric motor drives, compared to internal combustion engines, significantly higher frequency components occur, which often have a very tonal character and can therefore be very easily perceived by humans even at low sound pressure levels. The assembly mount is an important link in the chain of vibration excitations from the electric drive through to the perception of sound at the driver's ear.
Für das Verständnis und die Optimierung der auftretenden Geräusch- und bzw. oder Schwingungsphänomene stellt sich daher die Aufgabe, das dynamische Übertragungsverhalten der Übertragungsglieder zu bestimmen. Dabei wird zur Beschreibung des Übertragungsverhaltens in Analogie zu elektrischen Netzwerken häufig auf ein mechanisches Multipol-Modell zurückgegriffen, mit dem die Übertragungseigenschaften in Abhängigkeit von einer Erregerkraft und bzw. oder einem Erregermoment und einem Schwingweg, einer Schwinggeschwindigkeit oder einer Schwingbeschleunigung an der Lasteingangsseite und der Lastausgangsseite des zu untersuchenden Übertragungsglieds beschrieben werden kann.In order to understand and optimize the noise and / or vibration phenomena that occur, the task is therefore to determine the dynamic transmission behavior of the transmission elements. A mechanical multipole model is often used to describe the transmission behavior in analogy to electrical networks, with which the transmission properties are dependent on an excitation force and / or an excitation torque and an oscillation path, an oscillation speed or an oscillation acceleration on the load input side and the load output side of the transmission link to be examined can be described.
Aus dem Stand der Technik sind bisher Motorlagerprüfstände bekannt, mit denen die dynamischen Transfereigenschaften von Aggregatelagern unter einer statischen Vorlast im Frequenzbereich des Motorstuckerns von Verbrennungsmotoren gemessen werden können. Die Messungen werden unter einer Blockierkraftrandbedingung, d. h. bei fester Einspannung des Prüfkörpers auf der Lastausgangsseite, durchgeführt. Bei höheren Anregungsfrequenzen treten in den Prüfständen allerdings vermehrt Eigenschwingungen auf, die verlässliche Messungen erschweren. Bei Anregungsfrequenzen über 2 kHz kann der Einfluss der Eigenschwingungen auf das Messergebnis selbst durch eine konstruktive Versteifung der Prüfstände oder durch zusätzliche Entkopplungsmechanismen nicht mehr verhindert werden.Engine bearing test stands are known from the prior art, with which the dynamic transfer properties of assembly bearings can be measured under a static preload in the frequency range of the engine chugging of internal combustion engines. The measurements are made under a blocking force boundary condition, i.e. H. with the test body firmly clamped on the load output side. At higher excitation frequencies, however, more natural vibrations occur in the test stands, which make reliable measurements more difficult. With excitation frequencies above 2 kHz, the influence of the natural vibrations on the measurement result can no longer be prevented even by constructive stiffening of the test stands or by additional decoupling mechanisms.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der dynamische Übertragungseigenschaften von dynamisch angeregten Prüfkörpern, insbesondere die Eingangs-, Ausgangs- und bzw. oder Transfersteifigkeit, unter einer statischen Vorlast zuverlässig, besonders auch bei hochfrequenten Anregungen über 2 kHz, bestimmt werden können.The present invention is therefore based on the object of providing a device with which dynamic transmission properties of dynamically excited test bodies, in particular the input, output and / or transfer stiffness, under a static preload, reliably, especially also with high-frequency excitations above 2 kHz, can be determined.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved according to the invention by the device according to
Eine Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Prüfkörpers weist einen Lastrahmen mit einer Lastverteilungsvorrichtung, eine Aufnahmevorrichtung für einen Prüfkörper, mindestens eine Erregervorrichtung und mindestens eine Messvorrichtung auf.A device for determining the dynamic transmission behavior of a test body has a load frame with a load distribution device, a receiving device for a test body, at least one excitation device and at least one measuring device.
Die Aufnahmevorrichtung für den Prüfkörper weist an einer Lasteingangsseite einen ersten Aufnehmer und an einer der Lasteingangsseite gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite einen zweiten Aufnehmer auf, zwischen denen der Prüfkörper starr befestigbar bzw. befestigt ist. Der erste Aufnehmer ist mit mindestens einem ersten Lagerelement an der Lastverteilungsvorrichtung des Lastrahmens befestigt. Der zweite Aufnehmer ist mit mindestens einem zweiten Lagerelement am Lastrahmen befestigt. Dabei sind das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement, ausgebildet, die Aufnahmevorrichtung mit dem Prüfkörper im Lastrahmen in einer Frei-Frei-Lagerung entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung zu lagern.The receiving device for the test body has a first sensor on a load input side and a second sensor on a load output side arranged opposite the load input side, between which the test body can be rigidly attached. The first pickup is attached to the load distribution device of the load frame with at least one first bearing element. The second sensor is attached to the load frame with at least one second bearing element. The at least one first bearing element and the at least one second bearing element are designed to mount the receiving device with the test body in the load frame in a free-free bearing along at least one defined excitation direction.
Die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung sind ausgebildet, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungsvorrichtung in Richtung des Prüfkörpers wirkt, in den Prüfkörper entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement und dem mindestens einen zweiten Lagerelement von der Lasteingangsseite durch den Prüfkörper in Richtung der Lastausgangsseite verläuft, einzubringen.The load distribution device and the receiving device are designed, a static preload, which acts on the load distribution device in the direction of the test body, in the test body along a load path that runs between the at least one first bearing element and the at least one second bearing element from the load input side through the test body in the direction the load output side.
Die mindestens eine Erregervorrichtung ist ausgebildet, den Prüfkörper jeweils am ersten Aufnehmer, d. h. lasteingangsseitig, oder am zweiten Aufnehmer, d. h. lastausgangsseitig, entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mit einer Erregerkraft F dynamisch anzuregen.The at least one excitation device is designed to attach the test body to the first transducer, d. H. on the load input side, or on the second transducer, d. H. On the load output side, to dynamically excite along the at least one excitation direction with an excitation force F.
Die mindestens eine Messvorrichtung ist ausgebildet, wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper am ersten Aufnehmer anregt, die Erregerkraft F am ersten Aufnehmer und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer zu messen, und wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper am zweiten Aufnehmer anregt, die Erregerkraft am zweiten Aufnehmer und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmers und am zweiten Aufnehmers zu messen. Aus den Messdaten können die dynamischen Übertragungseigenschaften über ein mechanisches Multipol-Modell ermittelt werden.The at least one measuring device is designed when the excitation device excites the test body on the first transducer, the excitation force F on the first transducer and an oscillation path x and / or or an oscillation speed v and or or to measure an oscillation acceleration a on the first transducer and on the second transducer, and when the excitation device excites the test body on the second transducer, the excitation force on the second transducer and an oscillation path x and / or an oscillation speed v and / or or an oscillation acceleration a to be measured on the first transducer and on the second transducer. The dynamic transmission properties can be determined from the measurement data using a mechanical multipole model.
Unter einer Frei-Frei-Lagerung soll in dieser Schrift verstanden werden, dass das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelemente mit einer Steifigkeit ausgebildet sind, die im Frequenzbereich der dynamischen Anregung des Prüfkörpers, d. h. bei Anregung mit mindestens einer Erregerfrequenz f oder einem Rauschsignal, so gering ist, dass lediglich die über die Lastverteilungsvorrichtung aufgebrachte statische Vorlast vom mindestens einen ersten Lagerelement, vom mindestens einen zweiten Lagerelement und vom jeweiligen Prüfkörper aufgenommen wird, die Erregerkraft F jedoch, wenn der Prüfkörper am ersten Aufnehmer angeregt wird, am zweiten Aufnehmer minimal ist, d. h. gegen Null geht, und wenn der Prüfkörper am zweiten Aufnehmer angeregt wird, am ersten Aufnehmer minimal ist. Die Frei-Frei-Lagerung entspricht demnach einer Abschlussrandbedingung einer im Wesentlichen freien Schnelle (Frei-Frei-Abschlussrandbedingung).In this document, free-free mounting is to be understood as meaning that the at least one first bearing element and the at least one second bearing element are designed with a rigidity that is in the frequency range of the dynamic excitation of the test body, i.e. H. when excited with at least one excitation frequency f or a noise signal, is so low that only the static preload applied via the load distribution device is absorbed by the at least one first bearing element, the at least one second bearing element and the respective test body, but the excitation force F when the test body is excited at the first transducer, is minimal at the second transducer, d. H. goes to zero, and when the test body is excited at the second sensor, it is minimal at the first sensor. The free-free storage accordingly corresponds to a closing boundary condition of an essentially free speed (free-free closing boundary condition).
Eine Frei-Frei-Lagerung ist insbesondere dann gegeben, wenn das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement derart ausgebildet sind, dass die dynamische Admittanz des mindestens einen ersten Lagerelementes und des mindestens einen zweiten Lagerelementes entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mindestens um das 10-fache, bevorzugt um das 100-fache, größer ist als die dynamische Admittanz des Prüfkörpers entlang der mindestens einen Anregungsrichtung. Die dynamische Admittanz Y, auch Mobilität genannt, ist bei einer translatorischen Anregung als das Verhältnis der Schwinggeschwindigkeit v zur Erregerkraft F und bei einer rotatorischen Anregung als Verhältnis von Winkelgeschwindigkeit zu Erregermoment definiert. Ab einem Admittanzverhältnis der Lagerung des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Lagerelementes zum gelagerten Prüfkörper von mindestens 10 wird eine freie Schnelle zu 90 % oder mehr erreicht. Dies entspricht einem Fehler von 10 % (1 dB) oder weniger. Bei einem Admittanzverhältnis von mindestens 100 wird eine freie Schnelle zu mindestens 99 % erreicht und der Fehler beträgt 1 % oder weniger.Free-free storage is given, in particular, when the at least one first bearing element and the at least one second bearing element are designed in such a way that the dynamic admittance of the at least one first bearing element and the at least one second bearing element along the at least one excitation direction at least by 10 times, preferably 100 times, greater than the dynamic admittance of the test body along the at least one excitation direction. The dynamic admittance Y, also called mobility, is defined in the case of a translational excitation as the ratio of the oscillation speed v to the excitation force F and in the case of a rotary excitation as the ratio of the angular speed to the excitation torque. From an admittance ratio of the mounting of the at least one first and the at least one second bearing element to the mounted test body of at least 10, a free velocity of 90% or more is achieved. This corresponds to an error of 10% (1 dB) or less. With an admittance ratio of at least 100, a free velocity of at least 99% is achieved and the error is 1% or less.
Das dynamische Übertragungsverhalten kann somit über ein mechanisches Multipol-Modell unter Verwendung der dynamischen Nachgiebigkeiten, d. h. der reziproken dynamischen Steifigkeiten, bei jeweils einer lasteingangsseitigen und einer lastausgangsseitigen Frei-Frei-Abschlussrandbedingung bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass keine Blockierkraftrandbedingungen mit einem Schwingweg nahe oder gleich Null (x = 0) vorliegen müssen, die für hohe Erregerfrequenzen f nicht mehr realisierbar sind. Die Vorrichtung kann daher besonders vorteilhaft für die Bestimmung von dynamischen Übertragungseigenschaften bei Anregungen bzw. Erregerfrequenzen f über 2 kHz, insbesondere über 3 kHz oder sogar 5 kHz, eingesetzt werden. Durch die Frei-Frei-Lagerung kann die Aufnahmevorrichtung im Frequenzbereich der Anregung außerdem dynamisch vom Lastrahmen oder der Umgebung entkoppelt werden, sodass Störeinflüsse durch Eigenschwingungen des Lastrahmens oder Schwingungsanregungen aus der Umgebung vermindert werden können. Anwendungsbereiche für die Vorrichtung sind beispielsweise die Bestimmung der dynamischen Übertragungseigenschaften von Fahrwerkslagern oder Aggregatelagern, wie z. B. Motorlagern, Getriebelagern oder Drehmomentstützen.The dynamic transfer behavior can thus be determined via a mechanical multipole model using the dynamic compliances, i.e. H. the reciprocal dynamic stiffnesses can be determined for a load input side and a load output side free-free end boundary condition. This has the advantage that there are no blocking force boundary conditions with an oscillation path close to or equal to zero (x = 0), which can no longer be achieved for high excitation frequencies f. The device can therefore be used particularly advantageously for the determination of dynamic transmission properties in the case of excitations or excitation frequencies f above 2 kHz, in particular above 3 kHz or even 5 kHz. As a result of the free-free storage, the recording device can also be dynamically decoupled from the load frame or the environment in the frequency range of the excitation, so that interference from natural oscillations of the load frame or oscillation excitations from the environment can be reduced. Areas of application for the device are, for example, the determination of the dynamic transmission properties of chassis bearings or assembly bearings, such as. B. engine mounts, gear mounts or torque arms.
Für die Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens können die jeweils in den Prüfkörper eingebrachte Erregerkraft F sowie der Schwingweg x und bzw. oder die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a derart gemessen werden, dass die mindestens eine Erregervorrichtung für eine erste Messung zuerst am ersten Aufnehmer befestigt ist, und den Prüfkörper am ersten Aufnehmer anregt, und anschließend für eine zweite Messung am zweiten Aufnehmer befestigt ist und den Prüfkörper am zweiten Aufnehmer anregt, oder umgekehrt. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann daher als eine lösbar jeweils am ersten und zweiten Aufnehmer befestigbare Erregervorrichtung ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine Erregervorrichtung sowohl am ersten Aufnehmer als auch am zweiten Aufnehmer befestigt ist und ausgebildet ist, den Prüfkörper, unabhängig voneinander, jeweils am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer anzuregen Die Messungen können somit ohne Lösen und Umpositionieren der mindestens einen Erregervorrichtung durchgeführt werden.To determine the dynamic transmission behavior, the excitation force F introduced into the test body and the oscillation path x and / or the oscillation speed v and / or the oscillation acceleration a can be measured in such a way that the at least one excitation device for a first measurement is first on the first transducer is attached, and excites the test body on the first transducer, and then attached for a second measurement on the second transducer and excites the test body on the second transducer, or vice versa. The at least one excitation device can therefore be designed as an excitation device that can be releasably attached to the first and second pickups. However, it can also be provided that the at least one excitation device is attached to both the first transducer and the second transducer and is designed to excite the test body independently of one another, in each case on the first transducer and on the second transducer.The measurements can thus be carried out without loosening and repositioning the at least one excitation device are carried out.
Die Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, den Prüfkörper translatorisch und bzw. oder rotatorisch anzuregen. Die Anregung kann also mit ein bis sechs Freiheitsgraden erfolgen. Der Freiheitsgrad des mindestens einen ersten Lagerelementes und des mindestens einen zweiten Lagerelementes kann der Anregung entsprechen, wobei die Bewegungsrichtung/-richtungen der Lagerelemente in Richtung der mindestens einen Anregungsrichtung/-richtungen bzw. parallel dazu orientiert ist bzw. sind. Bevorzugt erfolgt die Anregung mit einem einzigen translatorischen oder rotatorischen Freiheitsgrad, d. h. die Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, den Prüfkörper entlang einer Anregungsrichtung translatorisch (unidirektional) anzuregen, oder entlang zweier Anregungsrichtung derart anzuregen, dass der Prüfkörper rotatorisch angeregt ist. Das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Lagerelemente können entsprechend den Freiheitsgraden der Anregung als Linearlager und bzw. oder Drehlager ausgebildet sein. Bei einer translatorischen Anregung können das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement bevorzugt als Federelement oder als Linear-Wälzlager ausgebildet sein.The excitation device can be designed to excite the test body translationally and / or rotationally. The excitation can therefore take place with one to six degrees of freedom. The degree of freedom of the at least one first bearing element and the at least one second bearing element can correspond to the excitation, the direction (s) of movement of the bearing elements being or are oriented in the direction of the at least one excitation direction (s) or parallel thereto. The excitation is preferably carried out with a single one translational or rotational degree of freedom, ie the excitation device can be designed to excite the test body translationally (unidirectional) along one excitation direction, or to excite it along two excitation directions in such a way that the test body is rotationally excited. The at least one first and the at least one second bearing element can be designed as linear bearings and / or rotary bearings according to the degrees of freedom of the excitation. In the case of a translational excitation, the at least one first bearing element and the at least one second bearing element can preferably be designed as a spring element or as a linear roller bearing.
Kommen Federelemente als das mindestens eine erste und bzw. oder das mindestens eine zweite Lagerelemente zum Einsatz, so kann bzw. können das mindestens eine erste Lagerelement und bzw. oder das mindestens eine zweite Lagerelement als Druckfeder, beispielsweise Elastomerfeder, bevorzugt Luftlager oder Stahlfeder, d. h. Schraubenfeder aus Stahl, ausgebildet sein. Stahlfedern haben den Vorteil, dass ihr Steifigkeitsverhalten annähernd linear ist und somit im Wesentlichen unabhängig von der statischen Vorlast ist. Bei einer unidirektionalen Anregung kann die Vorrichtung bevorzugt mindestens drei Federelemente, insbesondere zylindrische Stahlfedern, als erste und bzw. oder zweite Lagerelemente aufweisen, die in der Vorrichtung jeweils parallel (koaxial), bevorzugt äquidistant, zu einer Achse entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast, d. h. zu einer Achse entlang des Lastpfades, angeordnet sind und bevorzugt äquidistant zu dieser Achse und bzw. oder äquidistant zum jeweils benachbarten Federelement angeordnet sind.If spring elements are used as the at least one first and / or the at least one second bearing element, the at least one first bearing element and / or the at least one second bearing element can be used as a compression spring, for example an elastomer spring, preferably an air bearing or steel spring, i.e. . H. Steel coil spring formed. Steel springs have the advantage that their stiffness behavior is approximately linear and is therefore essentially independent of the static preload. In the case of unidirectional excitation, the device can preferably have at least three spring elements, in particular cylindrical steel springs, as first and / or second bearing elements, which in the device are each parallel (coaxial), preferably equidistant, to an axis along the effective direction of the static preload, i.e. . H. to an axis along the load path, and are preferably arranged equidistant from this axis and / or equidistant from the respective adjacent spring element.
Für die Anregung des Prüfkörpers kann die Erregervorrichtung mindestens einen Impulshammer und bzw. oder mindestens einen Shaker oder Aktuator aufweisen. Der mindestens eine Impulshammer kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mittels eines einzelnen mechanischen Impulses in den Prüfkörper einzubringen, d. h. den Prüfkörper mittels eines einzelnen mechanischen Impulses anzuregen. Der mindestens eine Shaker oder Aktuator kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer, bevorzugt konstanten, Erregerfrequenz f in den Prüfkörper einzubringen, d. h. den Prüfkörper mit einer definierten Erregerfrequenz f periodisch anzuregen. Ferner kann es auch vorgesehen sein, den Prüfkörper mit einem Rauschsignal anzuregen. Dabei können insbesondere Anregungen mit verschiedenen Erregerfrequenzen f und Amplituden überlagert werden.For the excitation of the test body, the excitation device can have at least one impact hammer and / or at least one shaker or actuator. The at least one impact hammer can be designed to introduce the excitation force F into the test body by means of a single mechanical impulse, i. H. stimulate the test body by means of a single mechanical impulse. The at least one shaker or actuator can be designed to introduce the excitation force F into the test body with at least one, preferably constant, excitation frequency f, ie. H. periodically excite the test body with a defined excitation frequency f. Furthermore, it can also be provided to excite the test body with a noise signal. In particular, excitations with different excitation frequencies f and amplitudes can be superimposed.
Der Prüfkörper wird typischerweise entlang einer horizontalen oder vertikalen Achse durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers und bzw. oder des zweiten Aufnehmers, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers angeordnet sein kann, angeregt, d. h. die mindestens eine Anregungsrichtung kann entlang einer horizontalen oder vertikalen Achse (bezogen auf das Weltkoordinatensystem) durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers und bzw. oder des zweiten Aufnehmers verlaufen.The test body is typically excited along a horizontal or vertical axis through the center of gravity of the first transducer and / or of the second transducer, on which the center of mass of the test body can also be arranged, i.e. H. the at least one excitation direction can run along a horizontal or vertical axis (in relation to the world coordinate system) through the center of gravity of the first transducer and / or the second transducer.
Der mindestens eine Shaker oder Aktuator kann insbesondere ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer Erregerfrequenz f oder mit einem Rauschsignal aus einem Frequenzbereich zwischen f > 2 kHz und f ≤ 10 kHz, bevorzugt zwischen f > 3 kHz und f ≤ 10 kHz, besonders bevorzugt zwischen f ≥ 5 kHz und f ≤ 10 kHz in den Prüfkörper einzubringen. Die maximale Stärke der Erregerkraft F ist abhängig von der Entkopplungswirkung bzw. Dämpfung des jeweiligen Prüfkörpers und kann sich auch nach der Messempfindlichkeit der Sensoren für die Schwingungsgrößen richten. Sie kann zwischen 0,1 mN und 10 N pro Shaker bzw. Aktuator betragen.The at least one shaker or actuator can in particular be designed to generate the excitation force F with at least one excitation frequency f or with a noise signal from a frequency range between f> 2 kHz and
Vorzugsweise kann der mindestens eine Aktuator als elektrodynamischer Aktuator oder als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann der Aktuator als Piezo-Stapelaktuator ausgebildet sein. Piezo-Stapelaktuatoren haben den Vorteil, dass sie eine hohe Erregerkraft F bei einem vergleichsweise geringen Anregungsweg in den Prüfkörper einbringen können und sehr platzsparend ausgebildet werden können.The at least one actuator can preferably be designed as an electrodynamic actuator or as a piezoelectric actuator. The actuator can particularly preferably be designed as a piezo stack actuator. Piezo stack actuators have the advantage that they can introduce a high excitation force F into the test body with a comparatively small excitation path and can be designed to be very space-saving.
Für das Aufbringen der statischen Vorlast kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Vorlastsystem aufweist, das ausgebildet ist, die statische Vorlast mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mittels Schwerkraft einer Masse auf die Lastverteilungsvorrichtung aufzubringen. Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung eine Lastverteilungsvorrichtung aufweisen, die als eine entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast verfahrbare Traverse ausgebildet ist, sowie ein hydraulisches Vorlastsystem, das ausgebildet ist, die statische Vorlast auf die Lastverteilungsvorrichtung aufzubringen.To apply the static preload, it can be provided that the device has a preload system which is designed to apply the static preload to the load distribution device mechanically, hydraulically, pneumatically, electrically or by means of the force of gravity of a mass. The device can particularly advantageously have a load distribution device, which is designed as a traverse that can be moved along the effective direction of the static preload, and a hydraulic preload system that is designed to apply the static preload to the load distribution device.
Der Lastrahmen kann einseitig offen ausgebildet sein und bzw. oder ein festes Fundament umfassen. Bevorzugt kann der Lastrahmen als geschlossener Lastrahmen ausgebildet sein. Werden mehrere parallel zueinander angeordnete erste und bzw. oder zweite Lagerelemente verwendet, so können die Lastverteilungsvorrichtung und bzw. oder der Lastrahmen ausgebildet sein, die statische Vorlast zu gleichen Anteilen, d. h. als gleichförmige Flächenlast, in die Lagerelemente einzubringen.The load frame can be designed to be open on one side and / or comprise a solid foundation. The load frame can preferably be designed as a closed load frame. If a plurality of first and / or second bearing elements arranged parallel to one another are used, the load distribution device and / or the load frame can be designed to equalize the static preload, ie. H. as a uniform surface load to be introduced into the bearing elements.
Die Aufnahmevorrichtung bzw. der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer sowie das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement können in der Vorrichtung bevorzugt derart angeordnet sein, dass ihre Massenschwerpunkte im Ruhezustand, das heißt ohne dynamische Anreugung, auf oder symmetrisch zu einer horizontalen oder vertikalen Achse (bezogen auf das Weltkoordinatensystem) angeordnet sind, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers angeordnet sein kann.The receiving device or the first receiving device and the second receiving element as well as the at least one first bearing element and the at least one second bearing element can preferably be arranged in the device in such a way that their centers of mass in the resting state, i.e. without dynamic excitation, are arranged on or symmetrically to a horizontal or vertical axis (based on the world coordinate system) on which the center of mass of the test body can also be arranged.
Der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer können aus mehreren Komponenten oder jeweils einteilig aus einem einzigen Stück, d. h. aus einer zusammenhängenden, bevorzugt homogenen, Masse ausgebildet sein. Besonders bevorzugt können der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer jeweils als starre Körper ausgebildet sein und bzw. oder eine definierte dynamische Admittanz im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f aufweisen. Sind die dynamischen Admittanzen des ersten und des zweiten Aufnehmers bekannt, so kann der Einfluss der Aufnehmer sowohl bei der Auslegung der Vorrichtung für bestimmte Prüfkörper und statische Vorlasten als auch bei der Korrektur der Messungen hinsichtlich etwaiger Eigenfrequenzen der Aufnehmer, beispielsweise mit Hilfe einer dynamischen Substrukturierung, gezielt berücksichtigt werden.The first transducer and / or the second transducer can consist of several components or each in one piece from a single piece, i. H. be formed from a cohesive, preferably homogeneous, mass. Particularly preferably, the first sensor and / or the second sensor can each be designed as a rigid body and / or have a defined dynamic admittance in the frequency range of the excitation or the excitation frequency f. If the dynamic admittances of the first and second transducers are known, the influence of the transducers can be used both when designing the device for certain test specimens and static preloads and when correcting the measurements with regard to any natural frequencies of the transducers, for example with the aid of dynamic substructuring are specifically taken into account.
Vorteilhaft weisen der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f maximal zwei Eigenfrequenzen, bevorzugt eine Eigenfrequenz und besonders bevorzugt keine Eigenfrequenzen auf. Die dynamischen Admittanzen und etwaigen Eigenfrequenzen des ersten Aufnehmers und des zweiten Aufnehmers können im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f experimentell oder numerisch unter Verwendung eines Finite-Elemente-Modells bestimmt werden.In the frequency range of the excitation or the excitation frequency f, the first pickup and the second pickup advantageously have a maximum of two natural frequencies, preferably one natural frequency and particularly preferably no natural frequencies. The dynamic admittances and any natural frequencies of the first transducer and the second transducer can be determined experimentally or numerically using a finite element model in the frequency range of the excitation or the excitation frequency f.
Die Aufnahmevorrichtung bzw. der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer können bevorzugt ausgebildet sein, einen spiegelsymmetrischen Prüfkörper mit mindestens einer Symmetrieebene oder einen rotationssymmetrischen Prüfkörper mit einer Symmetrieachse derart aufzunehmen, dass die statische Vorlast und bzw. oder Erregerkraft F der Erregervorrichtung entlang einer Achse in den Prüfkörper eingebracht wird, die in der mindestens einen Symmetrieebene des Prüfkörpers oder entlang der Symmetrieachse des Prüfkörpers verläuft.The receiving device or the first sensor and the second sensor can preferably be designed to receive a mirror-symmetrical test body with at least one plane of symmetry or a rotationally symmetrical test body with an axis of symmetry in such a way that the static preload and / or excitation force F of the excitation device along an axis in the Test body is introduced, which runs in the at least one plane of symmetry of the test body or along the axis of symmetry of the test body.
Der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer sind bevorzugt spiegelsymmetrisch mit mindestens einer Symmetrieebene oder rotationssymmetrisch mit einer Symmetrieachse, beispielsweise zylinderförmig, ausgebildet, und derart angeordnet, dass die statische Vorlast und bzw. oder die Erregerkraft F entlang einer Achse, die in der mindestens einen Symmetrieebene des jeweiligen Aufnehmers oder entlang der Symmetrieachse des jeweiligen Aufnehmers verläuft, in den Prüfkörper einbracht werden kann bzw. können. Das Übertragungsverhalten des Prüfkörpers kann dadurch wesentlich effizienter unter Ausnutzung der jeweiligen Symmetrie bestimmt werden.The first transducer and / or the second transducer are preferably mirror-symmetrical with at least one plane of symmetry or rotationally symmetrical with an axis of symmetry, for example cylindrical, and are arranged in such a way that the static preload and / or the excitation force F along an axis that is in the at least one plane of symmetry of the respective transducer or along the axis of symmetry of the respective transducer, into which the test body can or can be introduced. The transmission behavior of the test body can thus be determined much more efficiently using the respective symmetry.
Die mindestens eine Messvorrichtung kann für die Messung der Erregerkraft F bevorzugt einen dynamischen Kraftsensor, insbesondere einen ICP-Kraftsensor (integrated circuit piezoelectric) bzw. lEPE-Kraftsensor (integrated electronics piezoelectric) oder einen ladungsbasierten Kraftsensor aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kraftsensor in den mindestens einen Impulshammer, Shaker oder Aktuator der Erregervorrichtung integriert ist.The at least one measuring device can preferably have a dynamic force sensor for measuring the excitation force F, in particular an ICP force sensor (integrated circuit piezoelectric) or IEPE force sensor (integrated electronics piezoelectric) or a charge-based force sensor. It can be provided that the at least one force sensor is integrated into the at least one impact hammer, shaker or actuator of the excitation device.
Für die Messung der Schwinggrößen kann die Messvorrichtung bevorzugt Sensoren aufweisen, die ausgebildet sind, den Schwingweg x, die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen Raumrichtungen, d. h. triaxial, zu messen. Für die Messung der Schwingbeschleunigung a kann die mindestens eine Messvorrichtung jeweils mindestens einen dynamischen Beschleunigungssensor am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer aufweisen, insbesondere einen ICP-Beschleunigungssensor (integrated circuit piezoelectric) oder einen IEPE-Beschleunigungssensor (integrated electronics piezoelectric). Besonders bevorzugt kann die Messvorrichtung einen Impedanzmesskopf für die Messung der Erregerkraft F und der Schwingbeschleunigung a, beispielsweise eine Kombination aus ICP-Kraftsensor und ICP-Vibrationssensor, aufweisen. Dieser hat den Vorteil, dass beide Größen an derselben Position am jeweiligen Aufnehmer gemessen werden können und die Messvorrichtung platzsparen ausgebildet werden kann.For the measurement of the oscillation variables, the measuring device can preferably have sensors which are designed to measure the oscillation path x, the oscillation speed v and / or the oscillation acceleration a in three mutually independent, preferably orthogonal spatial directions, i.e. H. triaxial to measure. For measuring the vibration acceleration a, the at least one measuring device can each have at least one dynamic acceleration sensor on the first transducer and on the second transducer, in particular an ICP acceleration sensor (integrated circuit piezoelectric) or an IEPE acceleration sensor (integrated electronics piezoelectric). The measuring device can particularly preferably have an impedance measuring head for measuring the excitation force F and the oscillation acceleration a, for example a combination of ICP force sensor and ICP vibration sensor. This has the advantage that both variables can be measured at the same position on the respective transducer and the measuring device can be designed to save space.
Es kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung mindestens eine Gruppe von mindestens drei Sensoren aufweist, die jeweils ausgebildet sein können, einen Schwingweg x, eine Schwinggeschindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtungen zu messen. Die mindestens drei Sensoren können jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtung in einem definierten Abstand, bevorzugt äquidistant, zu einer Messstelle am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer angeordnet sein. Die mindestens drei Sensoren können dabei an einer Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers befestigt oder in die Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers integriert bzw. eingebettet sein.It can be provided that the measuring device has at least one group of at least three sensors, each of which can be designed to measure an oscillation path x, an oscillation speed v and / or an oscillation acceleration a in three mutually independent, preferably mutually orthogonal, spatial directions . The at least three sensors can each be arranged at a defined position in three mutually independent, preferably mutually orthogonal, spatial directions at a defined distance, preferably equidistant, from a measuring point on the first transducer or on the second transducer. The at least three sensors can be attached to a surface of the respective first or second transducer or integrated or embedded in the surface of the respective first or second transducer.
Alternativ können die mindestens drei Sensoren in einer Rotationsmessvorrichtung angeordnet sein, wobei die Rotationsmessvorrichtung mit den mindestens drei Sensoren und einem Fixierkörper gebildet ist, der am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer an einer Messstelle, bevorzugt lösbar, befestigt ist, und die mindestens drei Sensoren an oder in dem Fixierkörper derart angeordnet sind, dass die mindestens drei Sensoren jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtung in einem definierten Abstand, bevorzugt äquidistant, zu der Messstelle am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer angeordnet sind. Die mindestens drei Sensoren können auf der Oberfläche des Fixierkörpers angeordnet sein, in die Oberfläche des Fixierkörpers eingebettet sein und bzw. oder im Inneren des Fixierkörpers angeordnet sein. Aus den richtungsabhängig gemessenen Schwinggrößen der Sensoren sowie den Positionen bzw. Abständen der Sensoren in Bezug auf die jeweilige Messstelle können somit über eine Transformation die translatorischen und bzw. oder rotatorischen Schwingbewegungen an der jeweiligen Messstelle, die auch als virtueller Punkt bezeichnet werden kann, bestimmt werden. An der Messstelle können also jeweils bis zu sechs Freiheitsgrade bestimmt werden.Alternatively, the at least three sensors can be arranged in a rotation measuring device, the rotation measuring device being formed with the at least three sensors and a fixing body which is attached to the first transducer or to the second transducer at a measuring point, preferably detachably, and the at least three sensors to or are arranged in the fixing body in such a way that the at least three sensors are each arranged in a defined position in three mutually independent, preferably mutually orthogonal, spatial directions at a defined distance, preferably equidistant, from the measuring point on the first transducer or on the second transducer. The at least three sensors can be arranged on the surface of the fixing body, embedded in the surface of the fixing body and / or be arranged in the interior of the fixing body. From the direction-dependently measured vibration quantities of the sensors and the positions or distances of the sensors in relation to the respective measuring point, the translational and / or rotary oscillating movements at the respective measuring point, which can also be referred to as a virtual point, can be determined via a transformation . So up to six degrees of freedom can be determined at the measuring point.
Die Rotationsmessvorrichtung bzw. der Fixierkörper können an einer Oberfläche des ersten oder zweiten Aufnehmers, an der die jeweilige Messstelle angeordnet sein kann, in direktem, d. h. unmittelbar berührendem, Kontakt zu der jeweiligen Messstelle, bevorzugt lösbar, befestigt sein, sodass die Sensoren starr mit der jeweiligen Messstelle verbunden sind. Die Rotationsmessvorrichtung bzw. der Fixierkörper kann hierfür bevorzugt eine Ankoppelfläche mit einem Kontaktpunkt zur Messstelle aufweisen. Die Ankoppelfläche kann kongruent geformt zu der Oberfläche des jeweils ersten oder zweiten Aufnehmers ausgebildet sein kann, an der die Messstelle angeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Aufnehmer oder der zweite Aufnehmer an der Oberfläche, an der die jeweilige Messstelle angeordnet ist, Vertiefungen oder Erhöhungen aufweist, die kongruent geformt zu Sensoren der Gruppe und bzw. oder kongruent geformt zu der Ankoppelfläche der Rotationsmessvorrichtung bzw. des Fixierkörpers ausgebildet sein können. Der Fixierkörper kann bevorzugt als starrer Körper ausgebildet sein.The rotation measuring device or the fixing body can be mounted on a surface of the first or second sensor, on which the respective measuring point can be arranged, in direct, i.e. H. directly touching contact to the respective measuring point, preferably detachably, be attached, so that the sensors are rigidly connected to the respective measuring point. For this purpose, the rotation measuring device or the fixing body can preferably have a coupling surface with a contact point to the measuring point. The coupling surface can be designed to be congruent to the surface of the respective first or second sensor on which the measuring point is arranged. It can also be provided that the first transducer or the second transducer has depressions or elevations on the surface on which the respective measuring point is arranged, which are shaped congruently to sensors of the group and / or shaped congruently to the coupling surface of the rotation measuring device or . The fixing body can be formed. The fixing body can preferably be designed as a rigid body.
Besonders bevorzugt können die mindestens drei Sensoren einer Gruppe auf der Oberfläche eines kreuzförmigen Fixierkörpers angeordnet sein. Die mindestens drei Sensoren können an den Stirn- und bzw. oder Seitenflächen der Schenkel eines, bevorzugt gleichschenkligen, Kreuzes und bzw. oder der Stirnfläche des Kreuzes angeordnet sein. Die Ankoppelfläche kann bevorzugt am Kreuzungspunkt der Schenkel an der Stirnfläche des Kreuzes ausgebildet sein.The at least three sensors of a group can particularly preferably be arranged on the surface of a cruciform fixing body. The at least three sensors can be arranged on the front and / or side surfaces of the legs of a, preferably isosceles, cross and / or the front surface of the cross. The coupling surface can preferably be formed at the intersection of the legs on the end face of the cross.
Die Messvorrichtung kann insbesondere mindestens zwei Rotationsmessvorrichtungen aufweisen. Eine erste Rotationsmessvorrichtung, die eine erste Gruppe von mindestens drei Sensoren und einen Fixierkörper aufweist, kann an einer ersten Messstelle am ersten Aufnehmer angeordnet sein und eine zweite Rotationsmessvorrichtung, die eine zweite Gruppe von mindestens drei Sensoren und einen Fixierkörper aufweist, kann an einer zweiten Messstelle am zweiten Aufnehmer
In einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens zwei Erregervorrichtungen und mindestens zwei Messvorrichtungen aufweist, wobei die mindestens zwei Erregervorrichtungen ausgebildet sind, eine Erregerkraft F entlang jeweils verschiedener, bevorzugt zueinander orthogonaler, Anregungsrichtungen unabhängig voneinander in den Prüfkörper einzubringen, und die mindestens zwei Messvorrichtungen ausgebildet sind, die Erregerkräfte F und die Schwingwege x, die Schwinggeschwindigkeiten v und bzw. oder die Schwingbeschleunigungen a der jeweiligen Anregung unabhängig voneinander zu messen.In one embodiment it can be provided that the device has at least two excitation devices and at least two measuring devices, the at least two excitation devices being designed to introduce an excitation force F along different, preferably mutually orthogonal, excitation directions independently of one another into the test body, and the at least Two measuring devices are designed to measure the excitation forces F and the oscillation paths x, the oscillation speeds v and / or the oscillation accelerations a of the respective excitation independently of one another.
Mit der Vorrichtung kann das dynamische Übertragungsverhalten für eine dynamische Anregung mit einer beliebigen Orientierung in Bezug auf die Vorlast bestimmt werden, insbesondere aber für eine unidirektionale dynamische Anregung parallel (koaxial) zur statischen Vorlast bzw. deren Wirkrichtung, oder in Transversalrichtung, d. h. senkrecht zur statischen Vorlast bzw. deren Wirkrichtung.The device can be used to determine the dynamic transmission behavior for dynamic excitation with any orientation in relation to the preload, but in particular for unidirectional dynamic excitation parallel (coaxial) to the static preload or its effective direction, or in the transverse direction, i.e. H. perpendicular to the static preload or its effective direction.
Für die Bestimmung von dynamischen Übertragungseigenschaften bei einer dynamischen Anregung parallel zur statischen Vorlast kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement der Vorrichtung können als Federelemente ausgebildet sein, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, angeordnet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen.For the determination of dynamic transmission properties in the case of dynamic excitation parallel to the static preload, it can be provided that the load frame, the load distribution device and the receiving device are designed to introduce the static preload into the test body along the direction of gravity. The At least one first bearing element and the at least one second bearing element of the device can be designed as spring elements, which are arranged with their spring direction parallel to the static preload, ie parallel to the load path of the static preload. The at least one excitation device can be designed to introduce the excitation force F into the test body in an excitation direction parallel to the static preload, ie parallel to the load path of the static preload.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen, wobei zusätzliche Schwingungsentkopplungselemente, wie beispielsweise Federelemente, zwischen dem ersten Aufnehmer und dem Lastrahmen sowie zwischen dem zweiten Aufnehmer und dem Lastrahmen vorgesehen sein können, die ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung mit dem Prüfkörper gegen die Schwerkraft zu stützen und in Schwerkraftrichtung vom Lastrahmen bei Anregung dynamisch zu entkoppeln. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement der Vorrichtung können als Federelemente ausgebildet sein, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast ausgerichtet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, oder senkrecht zur statischen Vorlast, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen. Mit einer solchen Anordnung können dynamische Übertragungseigenschaften parallel und senkrecht zur statischen Vorlast bestimmt werden.In a further embodiment it can be provided that the load frame, the load distribution device and the receiving device are designed to introduce the static preload perpendicular to the direction of gravity into the test body, with additional vibration decoupling elements, such as spring elements, between the first transducer and the load frame as well as between the second transducer and the load frame can be provided, which are designed to support the receiving device with the test body against gravity and to dynamically decouple it in the direction of gravity from the load frame when excited. The at least one first bearing element and the at least one second bearing element of the device can be designed as spring elements, the spring direction of which is parallel to the static preload, ie. H. are aligned parallel to the load path of the static preload. The at least one excitation device can be designed to generate the excitation force F in an excitation direction parallel to the static preload, d. H. parallel to the load path of the static preload, or perpendicular to the static preload, d. H. perpendicular to the load path of the static preload, to be introduced into the test body. With such an arrangement, dynamic transmission properties can be determined parallel and perpendicular to the static preload.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement können als Linearlager, insbesondere Linearwälzlager, ausgebildet sein, die mit ihrer jeweiligen Führungsrichtung senkrecht zur statischen Vorlast, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, angeordnet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur Führungsrichtung des Linearlagers, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen. Mit dieser Anordnung können dynamische Übertragungseigenschaften senkrecht zur statischen Vorlast bestimmt werden.In a further embodiment it can be provided that the load frame, the load distribution device and the receiving device are designed to introduce the static preload into the test body along the direction of gravity. The at least one first bearing element and the at least one second bearing element can be designed as linear bearings, in particular linear roller bearings, which, with their respective guide direction, are perpendicular to the static preload, i.e. H. perpendicular to the load path of the static preload. The at least one excitation device can be designed to generate the excitation force F in an excitation direction parallel to the guide direction of the linear bearing, i. H. perpendicular to the load path of the static preload, to be introduced into the test body. With this arrangement, dynamic transmission properties can be determined perpendicular to the static preload.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der
Es zeigen:
-
1 : in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer vertikalen Ausrichtung, -
2 : in einer schematischen seitlichen Ansicht ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer vertikalen Ausrichtung, -
3 : in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer horizontalen Ausrichtung, -
4 : in einer schematischen seitlichen Ansicht eines weiteren Beispiels einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers, -
5 : in einer schematischen Ansicht ein Beispiel einer Rotationsmessvorrichtung für eine Messung mit bis zu sechs Freiheitsgraden, und -
6 : in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers mit mindestens einer Rotationsmessvorrichtung.
-
1 : in a schematic side view an example of a device for determining the dynamic transmission behavior of a dynamically excited test body in a vertical orientation, -
2 : in a schematic side view, another example of a device for determining the dynamic transmission behavior of a dynamically excited test body in a vertical orientation, -
3 : in a schematic side view an example of a device for determining the dynamic transmission behavior of a dynamically excited test body in a horizontal orientation, -
4th : in a schematic side view of a further example of a device for determining the dynamic transmission behavior of a dynamically excited test body, -
5 : in a schematic view an example of a rotation measuring device for a measurement with up to six degrees of freedom, and -
6th : In a schematic side view, an example of a device for determining the dynamic transmission behavior of a dynamically excited test body with at least one rotation measuring device.
In
Die Vorrichtung weist einen Lastrahmen
Das mindestens eine erste Lagerelement
Die mindestens eine Erregervorrichtung
Die mindestens eine Messvorrichtung
Unter einer starren Befestigung oder Verbindung soll in dieser Anmeldung eine Befestigung oder Verbindung verstanden werden, bei der die befestigten bzw. miteinander verbunden Teile, beispielsweise der erste Aufnehmer
Die dynamische Anregung des Prüfkörpers
Für eine Frei-Frei-Lagerung weisen das mindestens eine erste Lagerelement
- F:
- Kraft
- x:
- Schwingweg
- ηij=xi/Fj :
- Dynamische Nachgiebigkeit
- i, j:
- Index 1: am Lasteingang E, Index 2: am Lastausgang A
- Q:
- force
- x:
- Oscillation path
- η ij = x i / F j :
- Dynamic compliance
- i, j:
- Index 1: at load input E, Index 2: at load output A.
Der Schwingweg x kann direkt gemessen oder über die Schwinggeschwindigkeit v oder die Schwingbeschleunigung a bestimmt werden. Eine Umrechnung der Nachgiebigkeiten η in die jeweiligen Steifigkeiten c kann über eine Matrixinversion C = H-1 erfolgen. Die Vorrichtung und das Gleichungssystem können auch auf bis zu drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade erweitert werden. Die Nachgiebigkeitsmatrix eines Prüfkörpers mit sechs unabhängigen Schwingrichtungen kann mit einer 12 x 12-Matrix, d. h. einem 12-Pol beschrieben werden. Das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Lagerelement
Das mindestens eine erste Lagerelement
Für die Frei-Frei-Lagerung sind das mindestens eine erste Lagerelement
Die dynamische Anregung, d. h. die Schwingungsanregung, kann über eine Erregervorrichtung
Der mindestens eine Shaker oder Aktuator
Um das Umpositionieren eines Shakers, Aktuators oder Impulshammers
About repositioning a shaker, actuator or
Die Vorrichtung des Beispiels in
Die Aufnahmevorrichtung
Die mindestens eine Messvorrichtung weist für die Messung der Erregerkraft F einen dynamischen Kraftsensor, insbesondere einen ICP-Kraftsensor (integrated circuit piezoelectric) bzw. lEPE-Kraftsensor (integrated electronics piezoelectric) oder einen ladungsbasierten Kraftsensor auf.The at least one measuring device has a dynamic force sensor for measuring the excitation force F, in particular an ICP force sensor (integrated circuit piezoelectric) or IEPE force sensor (integrated electronics piezoelectric) or a charge-based force sensor.
Für die Messung der Schwinggrößen kann die Messvorrichtung bevorzugt ebenfalls ICP- bzw. IEPE-Sensoren aufweisen, die ausgebildet sind den Schwingweg x, die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen Raumrichtungen, d. h. triaxial, zu messen. Vorteilhaft kann die Messvorrichtung mit mindestens einem Impedanzmesskopf für die kombinierte Messung der Erregerkraft F und der Schwingbeschleunigung a ausgebildet sein. Besonderes bevorzugt ist die Messvorrichtung derart ausgestaltet, dass auch die rotatorische Freiheitsgrade der Schwingung gemessen werden können, beispielsweise mit einer Rotationsmessvorrichtung wie in
Mit der Vorrichtung kann das dynamische Übertragungsverhalten eines Prüfkörpers
Im Beispiel der
In
Die Vorrichtung weist als Lagerelemente mindestens drei erste Federelemente
Der Prüfkörper
Der Prüfkörper
Die Lastverteilungsvorrichtung
In
In
Die Messvorrichtung
Im Beispiel der
Statt eines kreuzförmigen Fixierkörpers
In
Alternativ zu einer Rotationsmessvorrichtung
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202020106253.0U DE202020106253U1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Device for determining the dynamic transmission behavior of dynamically excited test bodies |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202020106253.0U DE202020106253U1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Device for determining the dynamic transmission behavior of dynamically excited test bodies |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202020106253U1 true DE202020106253U1 (en) | 2020-11-18 |
Family
ID=73654062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202020106253.0U Active DE202020106253U1 (en) | 2020-11-02 | 2020-11-02 | Device for determining the dynamic transmission behavior of dynamically excited test bodies |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE202020106253U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115440398A (en) * | 2022-09-13 | 2022-12-06 | 中国核动力研究设计院 | Guide rail type horizontal and vertical bidirectional excitation decoupling device |
-
2020
- 2020-11-02 DE DE202020106253.0U patent/DE202020106253U1/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115440398A (en) * | 2022-09-13 | 2022-12-06 | 中国核动力研究设计院 | Guide rail type horizontal and vertical bidirectional excitation decoupling device |
CN115440398B (en) * | 2022-09-13 | 2024-05-07 | 中国核动力研究设计院 | Guide rail type horizontal and vertical bidirectional excitation decoupling device |
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