DE2110951B2

DE2110951B2 - Verspannpruefstand zur drehmomentenbelastung

Info

Publication number: DE2110951B2
Application number: DE19712110951
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Klinger
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1971-03-08
Filing date: 1971-03-08
Publication date: 1972-09-07
Also published as: DE2110951A1; JPS549516B1; US3797304A; GB1389567A

Description

Die Erfindung betrifft einen Verspannprüfstand zur Drehmomentenbelastung von Bauteilen.

Derartige Prüf stände haben den Zweck, die Lebensdauer oder die Festigkeit der durch eine Drehmomentenbelastung beanspruchten Bauteile festzustellen und eventuelle Fehler aufzudecken. Solche Bauteile sind z. B. Gelenkwellen, Achsen, Kupplungen usw. Bei dem Prüf vorgang sollen die Bedingungen möglichst weitgehend nachgeahmt werden, denen die Bauteile im wirklichen Betrieb ausgesetzt sind.

Es sind bereits Prüfstände bekannt, bei denen das zu prüfende Bauteil im Stillstand oder bei gleichzeitiger Drehbewegung geprüft wird. Bei einer Prüfung im Stillstand wird das eine Anschlußende des Bauteiles fest eingespannt und das andere Anschlußende mit irgendeiner Drehmomentenbelastung beaufschlagt. Zur Prüfung mit irgendwelchen . Drehmomentenbelastungen unter gleichzeitiger Drehbewegung des Bauteiles werden Bremsprüf stände und Verspannprüfstände benutzt.

Bei den Bremsprüf ständen ist das Bauteil antriebsseitig mit einem Motor und abtriebsseitig mit einer Bremse, beispielsweise mit einer Wasserwirbelbremse, verbunden. Die vom Motor zugeführte mechanische Energie zur Erzeugung des Drehmoments wird in der Bremse in Wärme umgewandelt. Will man nun bei Bauteilen, die große Leistungen übertragen müssen, Bremsprüfstände einsetzen, so müssen sehr große Energieerzeuger und -verbraucher benutzt werden, um die erforderliche Energie zu erzeugen und zu vernichten. Diese haben außerdem aber auch größere

ORIGINAL INSPECTED

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Schwungmassen, welche tiefe Eigenschwingzahlen be- zweiten Drehmomentenübertragungsteil und seinem

dingen. freien Ende ein zweites drehsteifes aber biegeweiches

Bei einem Verspannprüfstand wird das auf das Verbindungsglied angeordnet.

Bauteil aufgebrachte Drehmoment über Umlenkge- Dem zweiten Drehmomentenübertragungsteil ist

triebe von der Abtriebsseite zur Antriebsseite zurück- 5 in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Füh-

geführt. Die erforderliche Drehmomentenbelastung rungsvorrichrung für einen vorgegebenen Schwenk-

des Bauteiles wird hierbei durch eine besondere Ver- weg zugeordnet, welche mit der drehbar gelagerten

spannkupplung erzeugt. Bei einem Verspannprüf- Hülse durch in Längsrichtung verschiebbare Lager

stand müssen lediglich die Reibungsverluste in den verbunden ist und welche vorzugsweise ein um eine

Lagern und Getrieben durch die Antriebsenergie ge- ίο vorgegebene Schwenkachse drehbarer Klapprahmen

deckt werden, um den verspannten Strang von Prüf- ist. Die Schwenkachse des Klapprahmens liegt im

lingen, Getrieben und Verbindungswellen in Rotation Schnittpunkt der Tangenten an einer Biegelinie,

zu halten. Nachteilig sind bei den Verspannprüfstän- welche durch die Einspannstellen eines mit einem

den die zwei erforderlichen Umlenkgetriebe, die für querkraftfreien Biegemoment belasteten stabförmigen

die volle Leistungsübertragung und für eine lange Le- 15 Prüfkörpers verläuft.

bensdauer ausgelegt sein müssen und daher teuer sind. Schließlich ist dem drehbaren Prüf standteil eine Sie haben außerdem den Nachteil, daß sie niederfre- Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewequente Eigenschwingungszahlen bedingen, welche bei gung um seine Längsachse zugeordnet. Diese kann der Durchführung eines Prüfprogrammes erheblich beispielsweise eine fest mit dem drehbaren Prüfstandstören können. Es besteht immer die Forderung, daß 20 teil verbundene Keilriemenscheibe für einen Keilriebei einem Prüfsystem die tiefste Eigenfrequenz höher men besitzen, der über eine Keilriemenscheibe eines liegen muß als die Prüffrequenz. Antriebsmotors läuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ho- Bei einem Prüfvorgang kann man die Dreh-

hen Aufwendungen für die Bremsverluste bei einem momentenbelastung des Bauteiles und/ oder den Ver-

Bremsprüfstand und für die Umlenkgetriebe bei Ver- 25 drehwinkel des Prüflings messen,

spannprüfständen zu vermeiden, und ein Prüfsystem Der erfindungsgemäße Verspannprüfstand wird an

zu schaffen, welches höhere Eigenschwingzahlen als Hand von zwei Ausführungsbeispielen, welche in den

bisher bei Verspannprüfständen üblich besitzt. Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen F i g. 1 einen Verspannprüfstand zur Drehmomen-

Prüfstand dadurch gelöst, daß die Achsen des zu prü- 30 tenbelastung von Bauteilen,

fenden Bauteiles und eines Drehmomentenüber- Fig.2 und 2 einen Verspannprüfstand, mit dem

tragungselementes koaxial zueinander angeordnet, an auch eine zusätzliche querkaftfreie Umlaufbiegebela-

ihrem einen Ende kraftschlüssig miteinander verbun- stung möglich ist.

den und an ihrem anderen Ende über eine Verpann- In der Fig. 1 ist das zu prüfende Bauteil 1, eine

kupplung gegeneinander verspannt sind. 35 Kupplung, koaxial und kraftschlüssig in Reihe liegend

Bei einem solchen Prüfstand ist das zu prüfende mit der Meßwelle 3 und dem Drehmomentenüber-

Bauteil innen und das Drehmomentenübertragungs- tragungselement2 angeordnet. Die Meßwelle 3 ist

element außen oder umgekehrt, das zu prüfende Bau- starr mit einer Achse 5 verbunden, welche durch den

teil außen und das Drehmomentenübertragungs- Flansch 6 in die Verspannkupplung 4 hineingeführt ist

element innen angeordnet. Das zu prüfende Bauteil 40 und von dieser gegen das Drehmomentenüber-

kann auch an den freien Enden von koaxialen Dreh- tragungselement2 verdreht wird. Die nicht näher dar-

momentenübertragungselementen angeordnet sein. gestellte Verspannkupplung4, z.B. ein hydraulisch

Das äußere koaxiale Drehmomentenübertragungs- betätigter Drehzylinder, wird über flexible Leitungen

element ist vorzugsweise ein starres Rohr. Der Prüf- 16 und einen drehbar auf einem Zapfen gelagerten

stand ist in einer vorteilhaften Ausführungsform so 45 Anschlußkopf 17 von außen betätigt, z. B. hydräu-

ausgeführt, daß das zu prüfende Bauteil, die Ver- lisch. Das Drehmornentenübertagungselement 2 ist

spannkupplung und das Drehmomentenübertragungs- hier als starres Rohr dargestellt, welches an seinem

element zu einer Einheit als drehbares Prüfstandsteil freien Ende eine angeflanschte Kupplung als zu prii-

zusammengefaßt sind, die in zugeordneten Lagern um fendes Bauteil 1 trägt. Die Kupplung besitzt federbe-

ihre Drehachse rotiert. Zwischen der Verspannkupp- 50 lastete Reibelemente 14, welche über eine konzentri-

lung und dem zu prüfenden Bauteil ist eine Meßwelle sehe Achse 15 und eine Zwischenwelle 7 kraftschlüs-

kraftschlüssig in Reihe liegend angeordnet. sig mit der Meßwelle 3 verbunden sind. Somit werden

Zusätzlich zu der Drehmomentenbelastung kann von der Meßwelle 3 und dem Drehmomentenüberin einer besonderen Ausführungsform auch noch ein tragungselement 2 entgegengesetzt gleich große Dreh-Biegemoment auf das zu prüfende Bauteil aufgetragen 55 momente auf das zu prüfende Bauteil 1 übertragen,
werden. Zu diesem Zweck ist das Drehmomenten- Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist der übertragungselement über ein drehsteifes aber biege- Verspannprüf stand so aufgebaut, daß die verspannten weiches Verbindungsglied mit einem schwenkbaren Teile, z.B. das zu prüfende Bauteil 1, die Verspannzweiten Drehmomentenübertragungsteil verbunden, kupplung 4, die Meßwelle 3, das Drehmomentenüberan das in einer weiteren Ausführungsform an seinem 60 tragungselement 2 usw. zu einem um seine Längsfreien Ende über ein Drehlager eine Antriebseinrich- achse drehbaren Prüfstandteil zusammengefaßt sind, rung zum seitlichen Verschwenken angreift. Auf Die Lagerung dieses Prüfstandteils erfolgt in den einem Schaft, der das freie Ende des schwenkbaren Drehlagern 8 und 9, welche beispielsweise an dem zweiten Drehmomentenübertragungsteiles bildet, ist starren Rohr 2 angreifen können. Außer den Leituneine Hülse drehbar gelagert, an deren Ende über ein 65 gen 16 und dem Anschlußkopf 17 können alle Teile Gelenk ein hydraulisch betätigter Zylinder als An- des Prüfstandteils um eine gemeinsame Längsachse triebseinrichtung angreift. rotieren. Der Anschlußkopf 17 wird durch eine elasti-Vorzugsweise ist zwischen dem schwenkbaren sehe Strebe 18 festgehalten, um eine Verdrillung der

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Leitungen 16 während eines Versuches zu vermeiden, Spindel 5 von dem Verspannelement 4 gegenüber dem Der Antrieb für die Drehbewegung des Prufstandtei" Drehmomentenübertragungsteil 2 um einen Winkel

les erfolgt in dem Ausführungsbeispiel durch eine verdreht wird, so wird diese Verdrehung über die

Keilriemenscheibe 1O₅ welche auf dem starren Rohr 2 Meßwelle 3 und die Zwischenwelle 7 auf das daran befestigt ist. Von der Keilriemenscheibe 10 führt ejn 5 angeschlossene Ende des zu prüfenden Bauteiles 1

Keilriemen 11 zur Keilriemenscheibe 12 des Motors übertragen. Dadurch wird dieses Ende gegen das an-

13, welcher die Antriebskraft für die Drehung des dere, am Deckel 21 angeschlossene Ende verdreht,

Prüfstandteils liefert. Durch die gegensätzliche Verdrehung der beiden En-

Mit einer in die Verspannkupplung 4 eingebauten, den wird die beabsichtigte Drehmomentenbelastung

in den Zeichnungen nicht dargestellten Meßeinrich- io des zu prüfenden Bauteiles 1 bewirkt. Man wird auch

tung kann zusätzlich auch der Relativwinkel zwischen hier in jedem Falle gegenüber dem zu messenden Bau-

der Achse 5 und dem Flansch 6 und damit der Ver- teil alle anderen Teile, welche bei der Übertragung

drehwinkel des Prüflings gemessen werden. eines Drehmomentes mitwirken, so verdrehsteif aus-

Grundsätzlieh kann jedes Bauteil, das an der Dreh- führen, daß einerseits deren Verformungen so klein

momentenübertragung vom Flanscht am Gehäuse 15 bleiben, daß sie vernachlässigt werden können, und

der Verspannkupplung 4 bis zur Achse 5 kraftschlüs- andererseits die tiefste Eigenfrequenz des verspannten

sig mit einbegriffen ist, in eine Prüfung einbezogen Systems wesentlich höher liegt als die höchste Prüffre-

werden. Man wird in jedem Falle gegenüber dem zu quenz im Prüfprogramm.

messenden Bauteil alle anderen Teile, welche bei der Das drehbare Prüf standteil wird in den Drehlagern Übertragung eines Drehmomentes mitwirken, so ver- so 8 und 9 geführt. Auf diese Weise wird eine von dem drehsteif ausführen, daß einerseits deren Verformun- Kolben 26 auf das schwenkbare Ende des Prüfstandgen so klein bleiben, daß sie vernachlässigt werden teiles im Gelenk 25 übertragene Kraft durch die Reakkönnen, und andererseits die tiefste Eigenfrequenz des tionskräfte in den Drehlagern 8 und 9 ausgeglichen, vesrpannten Systems wesentlich höher liegt als die Während eines Prüfvorgangs kann das drehbare Prüffrequenz im Prüfprogramm, sg Prüfstandteil beliebig um seine Längsachse rotieren.

Die F i g. 2 und 3 zeigen in einer Seitenansicht und Zu diesem Zweck ist in den Ausführungsbeispielen einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel, in dem als nach den F i g. 1 bis 3 auf dem Drehmomentenüberzu prüfendes Bauteil 1 ein Prüfkörper, z. B, ein elasti- tragungsteil 2 eine Keilriemenscheibe 10 angeordnet, scher Federstab eingespannt ist, der sowohl mit einer welche durch die Kraft des Motors 13 über den Keil-Drehmomentenbelastung als auch mit einer querkraft* 30 riemen 11 und die Motorkeilriemenscheibe 12 angefreien Biege- oder auch umlaufbiegebelastung belastet trieben wird. Die Messungen an dem zu prüfenden werden soll, um eine im Betriebsfalle auftretende Be- Bauteil können sowohl im Ruhezustand als auch wählastungsart möglichst wahrheitsgetreu nachzuahmen. rend einer Drehbewegung vorgenommen werden. Das An das freie Ende des Drehmomentenübertragungs- zu prüfende Bauteil 1, im Beispiel der Fig.2 und 3 elementes2 ist über ein flexibles aber drehstarres Ver- 35 ein Federstab, kann auf diese Weise mit einer Biegebindungsglied 19 ein zusätzliches Drehmomenten- belastung im Ruhezustand, mit einer Umlaufbiegebeübertragungsteil 20 angeschlossen, welches an seinem lastung während einer Drehbewegung des Prüfstandfreien Ende ein zweites flexibles aber drehstarres Ver- teües und in beiden Fällen mit einer zusätzlichen bindungsglied 31 und einen fest angeschraubten Ab- Drehmomentenbelastung oder auch nur mit einer schlußdeckel 21 besitzt. Dieser Deckel ist ein kraft- 40 Drehmomentenbelastung allein im Ruhezustand als schlüssiges, starres Verbindungsglied zwischen dem auch bei Umdrehung des Prüfstandteiles beaufschlagt freien Ende des Drehmomentenübertragungsteiles 20, werden.

dem zu prüfenden Bauteil 1 und einem an seiner Die Belastungen können statisch oder dynamisch Außenseite konzentrisch angeordneten Schaft 22, der aufgetragen werden. Zur dynamischen Drehmomengegenüber der Hülse 23 drehbar ist. Das freie Ende 45 tenbelastung werden vorzugsweise servohydraulisch des Drehmomentenübertragungsteiles 20 wird durch geregelte Verspannkupplungen 4 in das beschriebene den Klapprahmen 29, der durch zwei in Längsrich- Prüfgerät eingebaut. Mit diesen Verspannkupplungen rung verschiebbare Lager mit der Hülse 23 verbunden können hohe Prüffrequenzen erreicht werden, wenn ist, auf einer Bahn um eine vorgegebene Schwenk- das Verspannsystem drehsteif ausgeführt ist.
achse 30 geführt. Die Schwenkachse 30 liegt im 50 Die Istwerte der Belastungen werden durch Dreh-Schnittpunkt der Tangenten, die an den Einspannstel·- moment- oder Drehwinkelbelastungen oder durch len des stabförmigen Prüfkörpers an dessen Biegelinie andere, am Prüfling selbst gemessene Größen, wie gelegt sind. Diese Biegelinie ist für stabförmige Prüf- z. B, durch Dehnungs- oder Beschleunigungsmeskörperj die mit einer reinen Biegebelastung beauf- sungen aufgenommen und in Meßwertsignale umgeschlagt werden, ein Kreisbogen. 55 setzt. Diese Meßwertsignale werden in einem Regel-

Die Hülse 23 ist über ein Gelenk 25 mit der Kolben- kreis mit SoHwertsignalen in einer in den Figuren

stange 24 eines hydraulischen Kolbens 26 verbunden, nicht dargestellten Regeleinrichtung verglichen. Von

um das freie Ende des zusätzlichen Drehmomenten* hier ergehen dann Stellsignale an ein Regelventil für

übertragungsteiles 20 zu verschwenken. Dadurch wird dies Leitungen 16.,

auch das zu prüfende Bauteil 1 mit verschwenkt. Da 69 Durch den erfindungsgemäßen Prüfstand wird es das zu prüfende Bauteil 1 mit seinem anderen Ende möglich, einerseits, die großen Energieverluste zu verstarr mit der ZwischenwelleΊ verbunden ist* kanu es meiden, die. bei den Bremsprüf ständen auftreten, und auf diese Weise mit einer reinen Biegebelastung; be- andererseits die teuren Umlenkgetriebe einzusparen, aufschlagt werden. Die Zwischenwelle 7 ist um ihre die bei den Verspannprüf ständen benutzt werden, Längsachse drehbar in. dem Drehmomentenüber- 65 und, da alle Teile des Prüf Standes beliebig starr getragungselement durch zwei Kugellager geführt und macht; werden können» die niedrigste Eigenfrequenz über die MeßweBeS und die Achse 5 drehstarr mit gegenüber den bekannten Verspannprüfständen wed Verspannelement 4 verbunden. Wenn also, die s.entlich zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verspannprüf stand zur Drehmomentenbelastung von Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des zu prüfenden Bauteiles (1) und eines Drehmomentenübertragungselementes (2) koaxial zueinander angeordnet, an ihrem einen Ende kraftschlüssig miteinander verbunden und an ihrem anderen Ende über eine Verspannkupplung (4) gegeneinander verspannt sind. - .

2. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Bauteil (1,7 oder 15) ionen und das Drehmomentenübertragungselement (2) außen angeordnet ist.

3. Verspannprüf stand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Bauteil (2) außen und das Drehmomentenüberübertragungselement (2) außen angeordnet ist.

4. Verspannprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Bauteil (1) an den freien Enden von koaxialen Drehmomentenübertragungselementen (2 und 7) angeordnet ist.

5. Verspannprüfstand nach einem der Ansprüche 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere koaxiale Drehmomentenübertragungselement (2) ein starres Rohr ist.

6. Verspannprüfstand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Bauteil (1), die Verspannkupplung (4) und das Drehmomentenübertragungselement (2) zu einer Einheit (drehbares Prüfstandsteil) zusammengefaßt sind, die in zugeordneten Lagern (8,9) um ihre Drehachse rotiert.

7. Verspannprüfstand nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den drehbaren Prüfstandteil zwischen der Verspannkupplung (4) und dem zu prüfenden Bauteil kraftschlüssig in Reihe liegend eine Meßwelle (3) angeordnet ist.

8. Verspannprüfstand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung eines zusätzlichen Biegemomentes, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmomentenübertragungselement (2) über ein drehsteifes aber biegeweiches Verbindungsglied (19) mit einem schwenkbaren zweiten Drehmomentenübertragungsteil (20) verbunden ist.

9. Verspannprüfstand nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des schwenkbaren zweiten Drehmomentenübertragungsteiles (20) über ein Drehlager (22, 23) eine Antriebseinrichtung zum seitlichen Verschwenken angreift.

10. Verspannprüfstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Schaft (22), der das freie Ende des schwenkbaren zweiten Drehmomentenübertragungsteils(20) bildet, eine Hülse (23) drehbar gelagert ist, an deren Ende über ein Gelenk ein hydraulisch betätigter Zylinder als Antriebseinrichtung angreift.

11. Verspannprüf stand nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem schwenkbaren Drehmomentenübertragungsteil (20) und seinem freien Ende ein zweites biegeweiches, aber drehsteifes Verbindungsglied (31) angeordnet ist.

12. Verspannprüfstand nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem freien Ende des zweiten Drehmomentenübertragungsteiles (20) eine Führungsvorrichtung (29, 30) für einen vorgegebenen Schwenkweg zugeordnet ist, welche mit der drehbar gelagerten Hülse (23) durch in Längsrichtung verschiebbare Lager (32) verbunden ist.

13. Verspannprüf stand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der drehbaren Hülse (23) verbundene Führungsvorrichtung ein um eine vorgegebene Schwenkachse (30) drehbarer Klapprahmen (29) ist.

14. Verspannprüfstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Schwenkachse (30) des Klapprahmens im Schnittpunkt der Tangenten liegt, welche in den Einspannstellen an die Biegeh'nie eines mit einem querkraftfreien Biegemoment belasteten stabförmigen Prüfkörpers (1) gelegt sind.

15. Verspannprüf stand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem drehbaren Prüfstandteil eine Antriebsvorrichtung (10, 11, 12, 13) zur Erzeugung einer Drehbewegung um seine Längsachse zugeordnet ist.

16. Verspannprüfstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (10, 11, 12, 13) eine fest mit dem drehbaren Prüfstandteil verbundene Keilriemenscheibe (10) für einen Keilriemen (11) besitzt, der über die Keilriemenscheibe (12) des Antriebsmotors (13) läuft.