DE2156369A1

DE2156369A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von strukturuntersuchungen

Info

Publication number: DE2156369A1
Application number: DE2156369A
Authority: DE
Inventors: Peter-Max Dr Phil Gruber; Guenther Himmler; Klaus-Peter Dipl Ing Ohms
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1973-06-20
Also published as: JPS4859891A; JPS545992B2; US3871210A; DE2156369B2

Description

Patentanwalt Dipi.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

C 5374

Gebr. HOF MA NN KG, Maschinenfabrik DARMSTADT , Pallaswiesenstraße 72

Vorrichtung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen von elastischen und/oder plastoelastlschen Körpern, Insbesondere von Reifen mittels eines Schwingungserregers und einer Vorlastelnstellung, wobei das Schwingungsverhalten des unter Einwirkung des Schwingungserregers und der Vorlasteinstellung stehenden Körpers durch mindestens einen Meßwertaufnehmer aufgenommen wird.

H/M

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Es Ist bekannt (F, Böhm "Mechanik des Gürtelreifens¹·), Helfen von Kraftfahrzeugen radial oder lateral mittels elektro-dynamischer Schwingungserreger zu erregen und das sich hierbei ergebende Schwingungsverhalten des Reifens mittels eines Meßwertaufnehmers aufzunehmen, woraus sich Rückschlüsse hinsichtlich der Reifenstruktur ergeben. Um den Reifen an verschiedenen Punkten radial oder lateral zu erregen, ist es hierbei erforderlich, den Reifen von Hand zu verdrehen und zur Aufnahme des Schwlngungsverhaltene ist es dann erforderlich, den Meßwertaufnehmer mit bestimmten Punkten des Reifens fest zu verbinden, was naturgemäß sehr umständlich und zeitraubend Ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Messung entweder nur radial oder nur lateral durchgeführt werden kann. Um eine möglichst vollständige Aussage über das Verhalten eines Reifens machen zu können, wäre es aber wünschenswert, möglichst alle Punkte des Reifens zu erfassen und zu erregen und die Antwort auf die Erregung an jedem beliebigen Punkt mit Hilfe von Meßwertaufnehmern zu erfassen. Dies ist aber bei dem bekannten Verfahren nur teilweise möglich.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß der Einfluß von radialen und lateralen Vorlastkräften auf das Eigenverhalten des Reifens nicht simuliert werden kann. Nachteilig ist ferner, daß die dem Kraftfahrzeuggewicht entsprechende Vorlast, die auf den Reifen wirkt, nur über das Federsystem des Schwingungserregers erzeugbar Ist. Da die Vorlast hierbei nicht gemessen wird, besteht die Möglichkeit, daß die Erregerkraft größer als die Vorlast wird. Dies bedeutet aber, daß die am Reifen wirkende Erregung nicht sinusförmig ist, sondern Oberwellen aufweist, so daß keine genau definierten Prüfungsbedingungen gegeben sind.

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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Nachtellen abzuhelfen und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen In Vorschlag zu bringen. Diese Aufgabe wird erflndungsgemäB dadurch gelöst, daß der Schwingungserreger bezüglich seiner Erregerrichtung Innerhalb eines bestimmten Winkels von Insbesondere 90 gegenüber dem zu untersuchenden Körper Insbesondere stufenlos verschwenkbar und einstellbar und hinsichtlich seiner Erregerkraft unabhängig von der -Vorlastkraft der Vorlastelnstellung einstellbar ist. Erfindungsgemäß Ist es somit möglich, den zu untersuchenden Körper nicht nur rein radial oder rein lateral zu untersuchen und zu erregen, sondern an jeder beliebigen Stelle Innerhalb eines bestimmten Winkelbe reiches von Insbesondere 90°. Da erflndungsgemäß der Schwingungserreger und die Vorlastelnstellung unabhängig voneinander arbeiten und eingestellt werden können, wobei Ihre Größen getrennt gemessen und angezeigt werden, 1st es möglich, die Kräfte In einem weiten Bereich zu ändern, ohne dabei eine gegenseitige Beeinflussung zu erhalten.

Es Ist von Vorteil, wenn die Vorlastelnstellung gemeinsam mit dem Schwingungserreger Innerhalb des genannten Winkelbe reiches gegenüber dem zu untersuchenden Körper verschwenkbar Ist, so daß auch die Vorlast an jeder beliebigen Stelle und nicht nur rein radial oder rein lateral aufgebracht werden kann. Trotz dieser gemeinsamen Verschwenkung arbeiten aber der Schwingungserreger und die Vorlastelnstellung unabhängig voneinander, d. h. es wird vermieden, daß der Schwingungserreger, der z.B. aus einem üblichen elektrodynamischen Schwingungserreger bestehen kann, unter der Einwirkung der Vorlast steht, wodurch die Untersuchungsergebnisse verfälscht werden könnten, denn bei Einwirkung einer Vorlast auf einen

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elektro-dynamischen Schwingungserreger werden keine reinen Sinusschwingungen mehr erhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Vorlasteinstellung vorgesehen, die nicht oder allenfalls nur mit einer Komponente in Erregerrichtung wirkt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß gleichzeitig eine radiale und eine laterale bzw. seitliche Vorlast auf den Reifen und dergleichen einwirken kann, um z. B. bei der Reifenprüfung die Seitenführungskräfte zu simulieren.

Es ist von Vorteil, wenn durch eine richtungsselektive Aufhängung des Erregersystems die Rückstellkräfte des zu untersuchenden Körpers, die nicht in Erregerrichtung wirken, von diesem ferngehalten werden, so daß di<3 Suhwtngunjc flos Erregers rein sinusförmig und ohne Verzerrungen verläuft. Außerdem wird erreicht, daß Querkräfte oder Momente keine unzulässigen Belastungen des Schwingungserregers hervorrufen.

Die Größe der Vorlast kann z. B. mit Hilfe von Kraftelementen, z. B. von Piezoelementen, gemessen werden, die einem Erregerkopf eingebaut sein können. Der Meßwertaufnehmer kann so angeordnet werden, daß die gesamte Prüfkörperoberfläche nacheinander oder kontinuierlich abgefühlt werden kann. Durch Verwendung dieses oder gegebenenfalls mehrerer Meßwertaufnehmer können die Größe und Richtung der Schwingungen des Prüfobjektes ermittelt werden, um z. B. die Eigenformen und Eigenfrequenzen des zu untersuchenden Körpers aufzuzeigen. Die Verstellung der Meßwertaufnehmer kann sowohl von Hand als auch motorisch erfolgen.

Der näheren Erläuterung der Erfindung dient das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, welches in der beiliegenden Zeichnung

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schematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die als Ausführungsbelsplel dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei nur der Teil der Vorrichtung dargestellt ist, der die erfindungsgemäß bedeutsamen Teile zeigt;

Fig. 2 eine Seltenansicht der Vorrichtung gemäß Flg. 1;

Flg. 3 eine Frontalansicht des Schwlngungserregungssystems der Vorrichtung gemäß Flg. 1 und 2.

Auf einem kastenartigen Grundkörper 1 Ist eine schllttenartige Einrichtung 2 angeordnet, die zum geradlinigen Verschieben eines nur schematisch dargestellten Schwingungserregers 3 dient. Der Schwingungserreger 3, der z.B. ein üblicher elektro-dynamischer Schwingungserreger sein kann, wird hierbei in Richtung eines Pfeiles a verschoben. Außer dieser geradlinigen Verschiebung Ist der Schwingungserreger 3 zusammen mit der Verschiebeeinrichtung 2 um ein Drehlager 22 längs einer Kreisbahn/Verschwenkbar, wofür zwei konzentrische Nuten 4 vorgesehen sind, die aus Teilkreisen bestehen, deren Mittelpunkt das Lager 22 Ist. Diese Verschwenkung Ist mittels eines Pfeiles b In Flg. 1 angedeutet. Der Schwenkwinkel beträgt hierbei vorzugsweise 90 .

Außer der vorgenannten Verschwenkung längs der Nuten 4 Ist der Schwingungserreger 3 auch noch um einen Zapfen 15 verdrehbar, und zwar In Richtung eines Pfeiles c. Diese Verdrehung Ist vorgesehen, um einen Erregerkopf 5 gegenüber einem zu untersuchenden Körper 6, der z.B. aus einem Reifen bestehen kann, so eln-

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M* β <·*

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zustellen, daß die Erregung rechtwinkelig zur Oberfläche bzw. zur Lauffläche des Reifens erfolgt. Die Verschwenkung längs des Pfeiles b erfolgt hingegen, um verschiedene Punkte der Reifenoberfläche erregen zu können, und zwar von rein radial bis zu dem anderen Extremfall von rein lateral bzw. seitlich. In diesem Bereich können stufenlos alle Punkte erregt werden. Die geradlinige Verschiebung längs des Pfeiles a hingegen dient zur Verstellung zwecks Anpassung an unterschiedliche Reifendurchmesser.

ψ In dem Erregerkopf5 ist eine Meßdose zur Messung und Kontrolle

der Erregerkraft und der nachstehend noch näher beschriebenen Vorlast angeordnet.

Der aus einem Reifen bestehende Körper 6 ist auf einer Aufnahme 7 gelagert und derart angeordnet, daß er im Bedarfsfall um seine Drehachse In Umfangsrichtung gedreht werden kann, um verschiedene Stellen In Umfangs richtung zu untersuchen, damit jeder Punkt des Reifens geprüft werden kann. Die Aufnahme 7 ist mittels zweier Schlitten 8 und 9 in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschiebbar, die durch Pfeile d und e In Fig. 1 angedeutet sind. Die geradlinige Verschiebung in Richtung des Pfeiles d ist parallel zur geradlinigen Verschiebung in Richtung des Pfeiles a und dient ebenfalls zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser.

Die geradlinige Verschiebung in Richtung des Pfeiles e, die senkrecht zu der Verschiebung d liegt, dient zur Erzeugung

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einer seitlichem bzw. lateralen Vorlast, die durch den Reibungeschluß zwischen der Reifenlauffläche und der hieran anliegenden Bertihrungsfläche des Erregerkopfes 5'erreicht wird.

Für die Verschiebung in Richtung des Pfeiles e sind schematisch angedeutete Führungen 12 vorgesehen, während die entsprechenden Führungen für die Verschiebung in Richtung des Pfeiles d nicht näher bezeichnet sind. Die Betätigung der Verschiebung in Richtung des Pfeiles e erfolgt mitteln eines Handrades 11, während für die Betätigung der anderen Verschiebung ein Handrad 11' vorgesehen ist.

Die seitliche Vorlast, die mittels der Verschiebung in Richtung des Pfeiles e aufgebracht wird, wird bezüglich ihrer Größe mittels eines Kraftmeßelementes 24 gemessen. Diese seitliche Vorlast liegt bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Schwingungserregers 3 senkrecht zur Erregerrichtung und wirkt somit nicht in Erregerrichtung. Bei einer Verschwenkung des Schwingungserregers 3 wirkt eine entsprechende Komponente der seitlichen Vorlast in Eiregerriehtung.

Für eine Vorlastelnstellung, die in Erreger richtung wirkt, sind drei Luftfedern 13 vorgesehen, deren Anordnung sich insbesondere auch aus Fig. 3 ergibt. Die Luftfedern 13 stützen sich hierbei auf zwei einander gegenüberliegenden Platten 13a und 13b ab. Mit der Platte 13b ist hierbei der Erregerkopf 5 fest verbunden und/Vlrd somit mit einer bestimmten Vorlast gegen den Reifen bzw. dessen Lauffläche angedrückt. Die in Er reger richtung wirkende Vorlastelnstellung ist richtungsselektiv aufgehängt und von dem Schwingungserreger 3 getrennt. Zur richtungsselektiven Aufhängung sind drei Par* allelienkeranordnungen 14 vorgesehen, die jeweils vier Kreuzfedergelenke 16 und zwei Verbindungsstangen 17 aufweisen. Hierdurch

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Ist eine sehr genaue und überdies weltgehend reibungsfreie, geradlinige Führung des Erregerkopfes 5 gewährleistet. Im einzelnen sind die mit der PIaUe 13b fest verbundenen Parallel-Lenkeranordnungen über die Kreuzfedergelenke 16 und die Verbindungsstangen 17 mit einer Büchse 19 verbunden, die axial verschleblich auf einer Führungsachse 19' gelagert und geführt ist. Die Achse 19' 1st Ihrerseits mit der Platte 13a fest verbunden. Die axial verschiebllche Büchse 19 kann nach Aufbringung der Vorlast mittels der Luftfedern 13 auf der Achse 19' festgeklemmt werden.

Mit dem Schwingungserreger 3 ist eine Stange 23 fest verbunden, die, wenn die Vorrichtung außer Betrieb Ist, axial verschleblich Innerhalb einer Büchse 18 geführt ist. Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung

und nach Aufbringung der Vorlasteinstellung wird jedoch die Stange 23 mit der Büchse 18 fest verbunden, so daß die Erregerkräfte des Schwingungserregers 3 auf den Erregerkopf 5 übertragen werden, da die Büchse 18 an der Platte 13b befestigt 1st.

Wenn eine bestimmte radiale Vorlast mittels der Luftfedern 13 erzeugt und auf den Erregerkopf 5 aufgebracht worden Ist,, verschieben sich hierbei zunächst einmal die Büchsen 19 auf den zugeordneten Achsen 19', wobei die parallellenkerähnllchen Verbindungsstangen 17 ihre senkrechte Lage beibehalten. Nach Aufbringung dieser radialen Vorlast werden sodann die Büchsen 19 mit den Achsen 19' und die Stange 23 mit der Büchse 18 fest verbunden, worauf sodann die Erregerkräfte des Schwingungserregers 3 auf den Erregerkopf 5 und somit auf den Reifen aufgebracht werden können. Die Vorlast und die Erregerkraft werden somit unabhängig voneinander erzeugt und es wird insbesondere vermieden, daß der empfindliche Schwingungserreger 3 unter Einwirkung der gegebenenfalls recht beträchtlichen Vorlast steht. Deshalb besteht

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erfindungsgemäß auch keinerlei Einschränkung bezüglich der Größe der Vorlast und es können relativ hohe Vorlastkräfte aufgebracht werden. Wie ohne weiteres ersichtlich, ergeben sich geringfügige Verschwenkungen der parallellenker ähnlichen Verbindungsstange 17 im Betrieb, und zwar unter Einwirkung der Erregerkraft.

Die radiale Vorlast wird mit einer Luftfeder extrem niedriger Steifigkeit auf den zu untersuchenden Körper aufgebracht, so daß etwaige Rückwirkungen auf den zu untersuchenden Körper sehr gering sind.

Zur Aufnahme des Schwingungsverhaltens des zu untersuchenden Körpers 6 sind zwei Meßwertaufnehmer 27 und 26 vorgesehen, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Schwingungen des Reifens gemessen werden, so daß die Eigenform, die Eigenschwingungszahl und das gesamte Schwingverhalten des Reifens sehr einfach bestimmt werden kann.

Bezüglich der Formgebung der Körper, die erfindungsgemäß untersucht werden können, besteht keinerlei Einschränkung. Gleichwohl kommt die Erfindung jedoch bevorzugt bei Rotationskörpern, insbesondere bei Reifen, in Anwendung.

Von besonderer Bedeutung sind vor allem die folgenden Punkte:

Die Erregerkraft wird gesondert und getrennt von der Vorlast auf den zu untersuchenden Körper aufgebracht, d.h. der empfindliche Schwingungserreger steht nicht unter der Einwirkung der oft recht beträchtlichen Vorlastkraft.

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Der Schwingungserreger ist zusammen mit der in gleicher Richtung wirkenden Vorlastkraft innerhalb eines bestimmten WinkeIbereiches stufenlos verschwenkbar und einstellbar, so daß bei Rotationskörpern sämtliche in Frage kommenden Stellen zwischen rein iralial und rein lateral abgetastet und erregt werden können. Der zu untersuchende Rotationskörper ist somit, abgesehen von einer Drehmöglichkeit um seine Rotationsachse, feststehend angeordnet.

Zusätzlich zu der bezüglich der Wirkungsrichtung mit der ßrregei kraft zusammenfallenden Vorlastkraft kann eine zweite Vorlastkraft erzeugt werden, die senkrecht hierzu liegt uikI eine Simulierung von Seitenführungskräften und dergleichen ermöglicht.

Durch eine zusätzliche Drehbarkeit des Schwingungserregers kann immer mit Sicherheit gewährleistet werden, daß die Erregerkraft senkrecht zur Oberfläche des zu untersuchenden Körpers aufgebracht wird,dessen Größe innerhalb eines relativ großen Bereiches schwanken kann, da außerdem noch eine lineare Verschiebbarkeit gegeben ist.

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Claims

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Patentansprüche

ί 1.) Vorrichtung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen von elastischen und/oder plastoelastischen Körpern, Insbesondere von Reifen oder anderen Rotationskörpern, mittels eines Schwingungserregers und einer Vorlasteinstellung zur Einstellung einer Vorlastkraft, wobei das Schwingungsverhalten des unter Einwirkung des Schwingungserregers und der Vorlastkraft stehenden Körpers durch mindestens einen Meßwertaufnehmer aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (3) zusammen mit zugeordnetem Erregerkopf (5) bezüglich seiner Erregerrichtung Innerhalb eines bestimmten Winkels von insbesondere 90 gegenüber dem zu untersuchenden Körper insbesondere stufenlos verschwenkbar und einstellbar und hinsichtlich seiner Erregerkraft unabhängig und getrennt von der Vorlastkraft der Vorlasteinstellung angeordnet ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlasteinstellung gemeinsam mit dem Schwingungserreger (3) und seinem zugeordneten Erregerkopf (5) verschwenkbar ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vorlastkraft mehrere in äquidistanten Abständen angeordnete Federn (13) vorgesehen sind, die zwischen dem Schwingungserreger (3) und seinem zugeordneten Erregerkopf (5) angeordnet sind und den Erregerkopf (5) mit einer bestimmten Vorlast gegen den zu untersuchenden Körper (6) andrücken.

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4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Einwirkung der Luftfedern (13) stehende Erregerkopf (5) durch mehrere in äquidistanten Abständen angeordnete Parallellenkeranordnungen (14) geradlinig verschieblich geführt und mit dem Schwingungserreger (3) lösbar verbunden ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Vorlasteinstellung zur Erzeugung einer zweiten Vorlast vorgesehen ist, die nicht oder nur mit einer Komponente in Er reger richtung wirkt.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (3), der Erregerkopf (5) und die erste Vorlasteinstellung zusätzlich zu der Verschwenkung um eine weitere Achse drehbar sind.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (3), der Erregerkopf (5), die erste Vorlasteinstellung und/oder der zu untersuchende Körper (G) zur Anpassung an unterschiedliehe Durchmesser desselben geradlinig verschiebbar sind.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Größe der von der ersten und der zweiten Vorlasteinstellung erzeugten Vorlastkraft jeweils auf einen bestimmten konstanten Wert einstellbar! meßbar und regelbar ist.

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9. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der von dem Schwingungserreger
erzeugten Erregerkraft auf einen bestimmten meßbaren Wert einstell bar ist, der über den vorgesehenen Frequenzbereich unabhängig von dem Prüfkörperverhalten konstant ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wegmessende Meßwertaufnehmer (26, 27) vorgesehen sind, die nicht fest mit dem zu prüfenden Körper (6) verbunden sind.

11. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (26, 27) motorisch oder
von Hand über die gesamte Meßoberfläehe des zu prüfenden Körpers (6) verfahrbar sind.

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