DE2057872C2 - Verspannprüfstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verspannprüfstand zur Prüfung von zur Leistungsübertragung dienenden Bauteilen, wie Achsen, Wellen od. dgL, mit einem einer Drehbewegung überlagerten Drehmoment, bei dem zwischen Umlenkgetrieben (Prüfstrecke) die zu prüfenden Bauteile (Prüflinge) oder Bauteile mit ähnlichen Eigenschaften angeordnet sind und das Drehmoment durch Verspannen zweier Bauteile gegeneinander mittels einer Verspannkupplung oder eines Verspanngetriebes erzeugt wird.

Bei derartigen Verspannprüfständen sollen rotierende Prüflinge Prüfbelastungen unterzogen werden, wie sie in der Wirklichkeit auftreten. Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere Prüflinge und andere für die Prüfbelastungen und für die Messungen notwendige Vorrichtungen zu einer Prüfstrecke zusammengestellt welche mit Belastungen beaufschlagt wird, die in einem Prüfprogramm vorgesehen sind Das Prüfprogramm enthält Belastungsfälle, die auch in der Wirklichkeit auftreten. Es kann beispielsweise bei einer Probefahrt aufgenommen sein. Von den Vorrichtungen des Verspannprüfstandes sollen alle Belastungsfälle, die im Programm enthalten sind, wahrheitsgetreu auf den Prüfling übertragen werdea Daher sollen die tiefsten Eigenschwingungen einer solchen Prüfvorrichtung so hoch liegen, daß sie sich bei den höchsten in dem Prüfprogramm vorgesehenen Schwingungen nicht störend bemerkbar machen.

Prüfmaschinen mit rotierenden Prüfstrecken und mit rotierender Verspannkupplung sind bekannt. Es ist auch bekannt, die beiden Enden einer Prüfstrecke durch ein Verspanngetriebe zu einem kraftschlüssigen Kreis zu verbindea Die Eigenschwingungen dieser Prüfstrecke liegen tief und verhindern bei den bekannten Verspannprüfständen eine naturgetreue Durchführung des Versuchsprogramms, so daß sich in der Versuchsstrecke Schwingungen zu hohen Werten aufschaukeln können, wodurch die Prüfstrecke mit nicht vorgesehenen oder nicht gewollten Drehmomentbelastungen beaufschlagt wird.

Fs ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verspannprüf stand für programmgesteuerte Drehbelastungsversuche, insbesondere an rotierenden Versuchskörpern, zu schaffen, bei dem die Durchführung des Versuchsprogramms nicht durch Eigenschwingungen im Verspannprüfstand gestört wird und bei dem keine unvorhergesehene Drehbelastungen auf den Pruning einwirken können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entsprechend der Zahl der Umlenkgetriebe Verspannkupplungen derart angeordnet sind, daß diese jeweils einen Prüfling bzw. mehrere innerhalb einer Prüfstrecke angeordnete Prüflinge gegen ein Zahnrad eines Umlenkgetriebes mit dem Gesamtdrehmoment um einen in Abhängigkeit von der Elastizität des Prüflings einer Prüfstrecke zur Elastizität aller eingebauten Prüflinge entsprechenden Winkel verspannen.

In einer Ausführungsform ist jeweils ein Getrieberad eines Umlenkgetriebes mit dem Gehäuse einer Verspannkupplung und das andere Getrieberad mit dem Rotor des Antriebsmotors drehstarr verbunden. In einer anderen Ausführungsform sind beide Getrieberäder des einen Umlenkgetriebes jeweils mit den Gehäusen der Verspannkupplungen verbunden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem Umlenkgetriebe ein Antriebsmotor zugeordnet wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Eifindung werden jedem Umlenkgetriebe Anordnungen zur Dämpfung von DrehschwinguRgen zugeordnet Besonders zweckmäßig ist es, wenn entweder der jedem Umlenkgetriebe zugeordnete Antriebsmotor dämpfende Eigenschaften besitzt oder der jedem Antriebsmotor zugeordnete Drehzahlregelkreis derart dimensioniert ist, daß auftretende Drehschwingungen gedämpft werden. Selbstverständlich können auch andere Dämpfungsvorrichtungen zur Dämpfung der Drehschwingungen verwendet werden.

Es sind außerdem mindestens in den Prüfstrecken Meßvorrichtungen für die auf die Prüflinge einwirkenden Drehmomentbelastungen oder die dadurch bewirkten Winkelverdrehungen der Prüfstrecken enthalten.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können der Prüfstrecke Vorrichtungen zur Aufbringung von zusätzlichen Prüfbelastungen zugeordnet sein. Es können mindestens je zwei Prüfkörper in einer Prüfstrecke enthalten sein, welche gleichzeitig geprüft und durch zugeordnete Belastungsvorrichtungen mit zusätzlichen Belastungen beaufschlagt werden. Die Prüflinge können innerhalb der Prüfstrecke durch Gelenke, Längenausgleichsvorrichtungen und Führungsstrecken miteinander verbunden sein.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispieie dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. I einen Verspann prüfstand mit einer rotierenden Prüfstrecke mit Prüflingen und Umlenkgetrieben, die an beiden Enden der Prüfstrecke angeordnet sind, wobei ein Umlenkgetriebe jeweils an beide Getrieberäder angeschlossene Verspannkupplungen enthält,

F i g. 2 einen Verspannprüfstand mit zwei Prüfstrekken mit Prüflingen und an den Enden angeordnete Umlenkgetriebe.

In der F i g. 1 enthält die Prüfstrecke zwei Prüflinge 1, z. B Gelenkwellen, die durch eine Führungsstrecke 11 seitlich auslenkbar sind. Die Prüfstrecke ist an der einen Seite drehstarr mit dem Getrieberad 5a des einen Umlenkgetriebes 3a und dem Rotor 8 des Antnebsmotors 9 verbunden. An der anderen Seite ist die Prüfstrecke über die Meßvorrichtung 10 und die Welle 13 mit dem Drehkolben 6 der mitrotierenden Verspannkupplung 2a verbunden. Das Gehäuse Ί der Verspannkupplung 2a ist mittels der Hohlwelle 14a, in der die Welle 13 drehbar gelagert ist, mit dem Getrieberad 4a des zweiten Umlenkgetnebes verbunden. Das Getrieberad 4a kämmt mit einem gleichen Getrieberad 46 desselben Umlenkgetriebcs 36, welches ebenfalls mittels einer Hohlwelle 14 mit dem Gehäuse 7 einer zweiten ebenfalls umlaufenden Verspannkupp'ung 26 verbunden ist. In dieser Verspannkupplung ist der Drehkolben 6 mit der Verbindungsweg 12 verbunden, welche mit ihrem einen Ende gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Meßvorrichtung 10 drehbar in der Hohlwelle 14b gelagert ist. Die Verbindungswelle 12 ist mit ihrem anderen Ende starr mit dem Getrieberad 5b des ersten Umlenkeetriebes 3a verbunden, welches mit dem anderen Getrieberad Sa desselben Umlenkgetriebes kämmt und damit den Verspannkreis schließt Durch eine Drehung des Rotors S des Antriebsmotors 9 werden alle drehbaren Teile in eine gleichmäßige Umdrehung versetzt Hierbei laufen die beiden Ver spannkupplungen 2a und 2b ebenfalls gleichmäßig mit um, ohne die Vorrichtung ze beeinflussen.

Die Betätigungsventile der beiden Verspannkupplun gen 2a und 2b sind so geschaltet daß diese bei Beaufschlagung mit einem Belastungsimpuls gleichzeitig gleich große Drehmomente erzeugen. Die beiden Verspannkupplungen 2a und 2b werden über die Drehanschlüsse 15 und die Leitungen 16 gleichzeitig betätigt Bei dieser hydraulischen Verspannkupplung wird in beiden Verspannkupplungen 2 jeweils der Drehkolben 6 gegenüber dem Gehäuse 7 jeweils mit dem gleichen Drehmoment beaufschlagt das einerseits über die beiden Gehäuse 7 und die beiden Hohlwellen 14a und 146 an die drehstarr angeschlossenen Getrieberäder 4a und 46, die miteinander im Eingriff stehen, und andererseits über die an die Drehkolben 6 angeschlossenen Enden der Prüfstrecke und der Übertragungswelle 12 übertragen, so daß in dem Verspannkreis, der von der Verspannkupplung 2a, den Prüflingen 1, dem Umlenkgetriebe 3a, der Übertragungswelle 12 und dem Übertragungsgetriebe 3a besteht der Summenwert der von beiden Verspannkupplungen erzeugten Drehmomente herrscht. Entspricht gemäß der Erfindung der Verdrehwinkel dem Verhältnis der Elastizität der jeweiligen Prüfstrecke zur Gesamtelastizität, so werden die beiden Umlenkgetriebe 3a und 36 durch die von den Verspannkupplungen 2a und 26 erzeugten Drehmomente weder beschleunigt noch verzögert Die gegensätzlichen Verdrehungen der Prüfstrecke und der Übertragungsweile sind an den Enden am größten, an denen die beiden Verspannkupplungen 7 angeschlossen sind. Die hervorgerufenen Verdrehungen fallen von den Verspannkupplungen 7 zu dem Umlenkgetriebe 3a bis auf Null ab. Bei einer derartigen Anordnung liegen die tiefsten Eigenschwingungen bei für Verspannungsprüfstände hohen Schwingzahlen.

Werden nun mittels der beiden Verspannkupplungen Drehmomentwechselbelastungen erzeugt, deren höchste Schwingungszahlen weit unter der Schwingungszahl der tiefsten Eigenfrequenz des Verspannkreises liegen, werden die Wechselbelastungen entsprechend den über die Leitungen 16 an die Verspannkupplungen 2 zugeführten Sollwerten erzeugt. Irgendwelche Störungen durch Eigenschwingungen des Prüfsystems sind nicht zu befürchten

In der F i g. 1 ist nur das Getrieberad 5a drehstarr mit dem Rotor 8 des Antriebsmotors 9 verbunden. Es ist besonders vorteilhaft, auch dem anderen Umlenkgetriebe einen Antriebsmotor zuzuordnen. Die beiden Antriebsmotoren sind so geschaltet, daß sie synchron laufen. Als Antriebsmotoren können Gleichstromnebenschlußmotoren, Motoren mit Nebenschlußverhalten oder Hydraulikmotoren verwendet werden, wobei zweckmäßig die Drehzahl über einen Regelkreis konstant gehalten werden kann.

Die Charakteristik der Drehzahlregelung soll so ausgebildet sein, daß durch irgendwelche Störungen erzeugte Drehschwingungen der Getrieberäder von den Antriebsmotoren gedämpft werden. Hierbei ist es gleichgültig, ob die Dämpfung durch die Konstruktion der Antriebsmotoren oder durch eine entsprechende Dimensionierune der Drehzahlreeelkreise bedingt ist.

Statt die Dämpfung durch die Antriebsmotoren oder deren Regelkreise zu erzeugen, können auftretende Drehschwingungen der Getrieberäder auch durch andere schwingungsdämpfende Bauteile erreicht werden.

Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Betätigung der Verspannkupplungen über die Leitungen 16 erfolgt, wenn das Priifsystem des Verspannprüfstandes in Ruhe ist oder umläuft Die erzeugten Drehmomente wirken als Beschleunigungen oder als Verzögerungen bei einem gleichmäßigen Bewegungszustand oder als Beschleunigungen in der einen oder in der anderen Richtung auf die Prüfkörper und die Übertragungswelle, wenn das Prüfsystem nicht umläuft.

In Fig.2 ist die Übertragungswelle 12 der Fig. 1 durch eine zweite Prüfstrecke mit Prüfkörpern \b mit vorzugsweise gleich großer Gesamtdrehelastizität, wie sie die erste Prüfstrecke hat, ersetzt. Beide Prüfstrecken sind durch Umlenkgetriebe 3a und 3b, welche an deren Enden angreifen, kraftschlüssig im Kreis geschlossen. Jeweils ein Getrieberad 5a bzw. 4b jedes Umlenkgetriebes ist mit einem Rotor 8 eines Antriebsmotors 9 und jeweils der einen Seite einer Prüfstrecke verbunden, während jeweils die andere Seite der Prüfstrecke mit dem Drehkolben 6 einer Verspannkupplung 2a bzw. 2b starr verbunden ist. Das Getrieberad 5a bzw. 4b kämmt mit dem Getrieberad 5b bzw. 4a, welches jeweils drehstarr mit dem Gehäuse 7 der Verspannkupplung 2a bzw. 2b verbunden ist. Das Getrieberad 5b bzw. 4a ist also gegenüber der Welle 13 drehbar gelagert, welche vom Drehkolben 6 verdreht wird und ein Drehmoment über die Meßvorrichtung 10 auf die Prüfstrecke überträgt.

Die beiden Antriebsmotoren 9 sind so geschaltet, daß sie synchron laufen. Es sind vorzugsweise Gleichstromnebenschlußmotoren, welche die erforderlichen Regelcharakteristiken für Prüfmaschinen haben. Die Gleichstromnebenschlußmotoren können auf gleicher Achse jeweils noch Wechsel- oder Drehstrom-Synchronmotoren zugeordnet werden, welche im normalen Betriebszustand genau synchron mit der Netzfrequenz umlaufen. Es können auch hydraulische Antriebsmotoren verwendet werden, deren Drehzahl über einen Regelkreis konstant gehalten wird.

Die beiden Verspannkupplungen 2a und 2b werden gleichzeitig betätigt und übertragen somit gleichzeitig gleich große Drehmomente auf die beiden Prüfstrecken, wobei jedoch die Verdrehwinkel in Abhängigkeit von der Drehelastizität der Prüfstrecken verschieden groß sein können.

Wenn zunächst keine Drehmomente mittels der Verspannkupplungen 2a und 2b erzeugt werden, laufen alle Teile des Prüfsystems mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um, oder sie können sich auch in Ruhe befinden. Werden aber von den beiden Verspannkupplungen 2a und 2b gleichzeitig Drehmomente erzeugt, so wird in einer Anordnung gemäß F i g. 2 in der ersten und in der zweiten Prüfstrecke gleichzeitig jeweils das Gehäuse 7 mit dem Getrieberad 4a bzw. 56 gegenüber den Drehkolben 6 mit der Welle 13 durch das erzeugte Drehmoment verdreht. Wird der Verdrehwinkel der Verspannkupplungen gemäß der Erfindung so gewählt, daß dieser dem Verhältnis der Elastizität der angeschlossenen Prüfstrecke zur Elastizität beider Prüfstrekken entspricht, so liegen auch hier die tiefsten Eigenschwingungen bei hohen Schwingzahlen.

Wenn die im Prüfprogramm vorliegenden Schwingbelastungszahlen weit unter der tiefsten Eigenschwingzahl des Systems liegen, kann die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung jedem Belastungsprogramm ohne Verfälschung folgen, die z. B. durch Resonanzerscheinungen auftreten würden.

Außer den beiden Verspannkupplungen können auch noch zusätzliche Belastungsvorrichtungen angeschlossen werden, die auf die Prüflinge einwirken. Derartige Belastungseinrichtungen stellen beispielsweise in den F i g. 1 und 2 Führungsstrecken 11 dar, welche sich durch die Antriebe 17 bewegen lassen und mit denen seitliche Auslenkungen der miteinander gekoppelten Prüflinge 1 2s durchgeführt werden können. Wenn zusätzliche Längenausgleichsvorrichtungen in die Prüfstrecken eingebaut sind, können mit diesen Führungsstrecken auch seitliche Hin- und Herbewegungen,Taumelbewegungen od. dgl. durchgeführt werden.

Solche Bewegungsformen werden, während die Gelenkwellen gleichzeitig um ihre Längsachse umlaufen, entsprechend den wirklichen Betriebszuständen durchgeführt, wobei dann noch Drehmomente zu übertragen sind, die hier durch die Verspannkupplungen 2 erzeugt werden.

Da das mit Hilfe der Verspannkupplungen erzeugte Drehmoment erhalten bleibt, wird bei diesem Verspannprüfstand nur so viel Antriebsenergie verbraucht, wie zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Drehbewegung und zur Aufbringung der Prüfbelastungen benötigt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verspannprüfstand ist es möglich, wesentlich höhere Prüfschwingungen als bisher zu verwenden und eine genaue Befolgung der im Prüfprogramm vorgesehenen Belastungen durch die Belastungsvorrichtungen auf die Prüflinge zu übertragen. Mit dem vorliegenden Verspannprüfstand ist es außerdem möglich, mehrere in Reihe hintereinandergeschaltete Prüflinge gleichzeitig und mit gleicher Belastungen zu prüfen.

Statt der in F i g. 2 dargestellten Anordnung mit zwei Prüfstrecken können in einem Prüfstand auch mehrere Prüfstrecken vorgesehen werden, wobei jede Prüfstrekke mehrere Prüflinge enthalten kann.
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verspannprüfstand zur Prüfung von zur Leistungsübertragung dienenden Bauteilen, wie Achsen, Wellen od. dgL, mit einem einer Drehbewegung überlagerten Drehmoment, bei dem zwischen Umlenkgetrieben (Prüfstrecke) die zu prüfenden Bauteile (Prüflinge) oder Bauteile mit ähnlichen Eigenschaften angeordnet sind und das Drehmo- '° ment durch Verspannen zweier Bauteile gegeneinander mittels einer Verspannkupphing erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Zahl der Umlenkgetriebe (3a, 3b) Verspaankupplungen (2a, 2b) derart angeordnet sind, daß diese jeweils einen Prüfling (1) bzw. mehrere innerhalb einer Prüfstrecke angeordnete Prüflinge gegen ein Zahnrad (4a bzw. 4b in F i g. 1; Aa bzw. 56 in F i g. 2) eines Umlenkgetriebes (3a, 3b) mit dem Gesamtdrehmoment um einen in Abhängigkeit von der Elastizität des Prüflings (1) einer Prüfstrecke zur Elastizität aller eingebauten Prüflinge (1, \b) entsprechenden Winkel verspannen.

2. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Getrieberad (4a, 5b kl F i g. 2) eines Umlenkgetriebes (3a, 3b) mit dem Gehäuse (7) einer Verspannkupplung (2a, 2b) drehstarr verbunden ist

3. Verspannprüf stand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Getrieberäder (4a, Ab in F i g. 1) des einen Umlenkgetriebes (3b) jeweils mit dem Gehäuse (7) der Verspannkupplungen (2a, 2b) verbunden sind.

4. Verspannprüfstand nach den Ansprüchen 1 und

2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet daß jedem Umienkgetriebe (3a, 3b) ein Antriebsmotor (9) zugeordnet ist

5. Verspannprüfstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß jedem Antriebsmotor ein Regelkreis zur Konstanthaltung der Drehzahl zugeordnet ist

6. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Umlenkgetriebe (3a, 3b) Anordnungen zur Dämpfung von Drehschwingungen zugeordnet sind.

7. Verspannprüfstand nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Umlenkgetriebe (3a, 3b) zugeordneten Antriebsmotoren (8) dämpfende Eigenschaften besitzen.

8. Verspannprüfstand nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet daß der Drehzahlregelkreis für jeden Antriebsmotor derart dimensioniert ist, daß auftretende Drehschwingungen der Getrieberäder gedämpft werden.

9. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mindestens eine Prüfstrecke Meßvorrichtungen (10) enthält, welche die Drehmomentbelastung messen.

10. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mindestens eine Prüfstrecke Meßvorrichtungen (10) enthält, welche den Winkel der Verdrehung infolge der Drehmomentbelastung messen.

11. Verspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Prüfstrecke minde- stens zwei Prüflinge (\\ welche gleichzeitig geprüft werden, enthält, welche durch Gelenke, Längenausgleichsvorrichtungen und Führungsstrecken (11)

miteinander verbunden sind.

12. Verspannprüf stand nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstrecke Vorrichtungen (17) zur Aufbringung von zusätzlichen Prüfbelastungen (z.B. translatorischo Bewegung des Wellenendes od. dgL, z. B. Taumelbewegungen) zugeordnet sind.