DE2156369C3 - Vorrichtung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen an elastischen und/oder plastoelastischen Körpern - Google Patents

Description

zeigen, mit der in radialer Richtung und in seitlicher Richtung auf jeder beliebigen Stelle des zu prüfenden Körpers Erregerschwingungen aufgebracht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorlasteinstelleinrichtung zwischen dem Schwingungserreger und seinem zugeordneten Erregerkopf angeordnet ist und den Erregerkopf mit einer bestimmten Vorlast gegen den zu untersuchenden Körper andrückt und daß dit Vorlasteinstellein- :o richtung gemeinsam mit dem Schwingungserreger und seinem zugeordneten Erregerkopf innerhalb eines bestimmten Winkels gegenüber dem zu untersuchenden Körper derart verschwenkbar und einstellbar ist, daß der Erregerkopf auf sämtliche radialen, lateralen und dazwischenliegenden Stellen am zu untersuchenden Körper aufsetzbar ist.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erlielt: 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.

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

Trotz der gemeinsamen Verschwenkbarkeit arbeiten der Schwingungserreger und die Vorlastcinstellung unabhängig voneinander, d. h. es wird vermieden, daß der Schwingungserreger, der z. B. aus einem üblichen elektro-dynamischen Schwingungserreger bestehen kann, unter der Einwirkung der Vorlast tteht, wodurch die Untersuchungsergebnisse verfälscht werden könnten, denn bei Einwirkung einer Vorlast auf einen 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 u. dgl. einwirken kann, um z. B. bei der Reifenprüfung die Seitenführungskräfte zu simulieren.

Es ist von Vorteil, wenn durch eine richtungsselektive Aufhängung des Erregersystem die Rückstellkräfte des zu untersuchenden Körpers, die nicht in Erregerrichtung wirken, von diesem ferngehalten werden, so daß die Schwingung des Erregers rein sinusförmig und ohne Verzerrungen verläuft. Außerdem wird erreicht, daß Querkräfte oder Momente keine unzulässigen Belastungen des Schwingungser- Co regers hervorrufen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Erregerkopf durch mehrere in äquidistanten Abständen angeordnete Parallellenkeranordnungen geradlinig verschieblich geführt und mit dem Schwingungserreger lösbar verbunden ist.

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

Der näheren Erläuterung der Erfindung dient das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die als Ausführungsbeispiel dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei nur der Teil der Vorrichtung dargestellt ist, der die eriindungsgemäß bedeutsamen Teile zeigt,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung ocmäß Fig-I,

F i g. 3 eine Frontalansicht des Schwingungserregungssystems der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 2.

Auf einem kastenartigen Grundkörper 1 ist eine schlittenartige Einrichtung 2 angeordnet, die zum gradlinigen 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 α verschoben. Außer dieser geradlinigen Verschiebung ist der Schwingungserreger 3 zusammen mit der Verschiebeeinrichtung 2 um ein Drehlager 22 längs einer Kreisbahn b 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 Fig. 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 S gegenüber einem zu untersuchenden Körper6, der z.B. aus einem Reifen bestehen kann, so einzustellen, 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 α hingegen dient zur Verstellung zwecks Anpassung an unterschiedliche Reifendurchmesser.

In dem Erregerkopf S 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 Umfangsrichtung 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 F i g. 1 angedeutet sind. Die geradlinige Verschiebung in Richtung des Pfeiles d isl parallel zur geradlinigen Verschiebung in Richtung des Pfeiles α und dient ebenfalls zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser.

Die geradlinige Verschiebung in Richtung des Pfeiles e, die senkrecht zu der Verchiebung d liegt, dient zur Erzeugung einer seitlichen bzw. lateralen Vorlast, die durch den Reibungsschluß zwischen der

Reifenlauffläche und der hieran anliegenden Berührungsfläche 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 mittels 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 Erregerrichtung. ^ao

Für eine Vorlasteinstellung, die in Erregernchtung wirkt, sind drei Luftfedern 13 vorgesehen, deren Anordnung sich insbesondere auch aus F i g. 3 ergibt. Die Luftfedern 13 stützen sich hierbei auf zwei einander gegenüberliegenden Platten 13 α und 13 b ab. »5 Mit der Platte 13 b ist hierbei der Erregerkopf 5 fest verbunden, und er wird somit mit einer bestimmten Vorlast gegen den Reifen bzw. dessen Lauffläche angedrückt. Die in Erregernchtung wirkende Vorlasteinstellung ist richtungsselektiv aufgehängt und von dem Schwingungserreger 3 getrennt Zur richtungsselektiven Aufhängung sind drei Parallellenkeranordnungen 14 vorgesehen, die jeweils vier Kreuzfedergelenke 16 und zwei Verbindungsstangen 17 aufweisen. Hierdurch ist eine sehr genaue und überdies weitgehend reibungsfreie, geradlinige Führung des Erregerkopfes 5 gewährleistet. Im einzelnen sind die mit der Platte 13 b fest verbundenen Parallel-Lenkeranordnungen 14 über die Kreuzfedergelenke 16 und die Verbindungsstangen 17 mit einer Büchse 19 verbunden, die axial verschieblich auf einer Führungsachse 19' gelagert und geführt ist. Die Achse 19' ist ihrerseits mit der Platte 13 a fest verbunden. Die axial verschiebliche Büchse 19 kann nach Aufbringung der Vorlast mittels der Luftfedern 13 auf der Achse 19' festgeklemmt werden.

Mit dem Schwingungserreger 3 ist eine Stange fest verbunden, die, wenn die Vorrichtung außer Betrieb ist. axial verschieblich 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 13 b befestigt ist.

Wenn eine bestimmte radiale Vorlast mittels dei 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 parallellenkerähnlichen 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 der Erregerkopf 5 und somit auf den Reifen aufgebracht werden können. Die Vorlast und die Erregerkrafi 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 auch keinerlei Einschränkung bezüglich der Größe der Vorlast, und es können relativ hohe Vorlastkräfte aufgebracht werden. Wie ohne weiterei ersichtlich, ergeben sich geringfügige Verschwenkungen der parallellenkerähnlichen Verbindungsstange 17 im Betrieb, und zwar unter Einwirkung der Er· regerkraft.

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

Zur Aufnahme des Schwingungsverhaltens des zi untersuchenden Körpers 6 sind zwei Meßwertaufneh mer 27 und 26 vorgesehen, die so ausgebildet unc angeordnet sind, daß die Schwingungen des Reifen; gemessen werden, so daß die Eigenform, die Eigen schwingungszahl und das gesamte Schwingverhaltei des Reifens sehr einfach bestimmt werden kann.

Bezüglich der Formgebung der Körper, die unter sucht werden können, besteht keinerlei Einschrän kung. Gleichwohl kommt die Erfindung jedoch be vorzugt bei Rotationskörpern, insbesondere bei Rei fen, in Anwendung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. fens« in der Zeitschrift »Das Ingenieurarchiv«, 35

   Patentansprüche: g_an(j ]ί)ββ, S. 82 bis 101), Reifen von Kraftiahrzeu

   I.Vorrichtung zur Durchführung von Struktur- gen radial oder lateral mittels elektro-dynamische Untersuchungen an elastischen und/oder plasto- Schwingungserreger zu erregen und das sich hierbe elastischen Körpern, insbesondere von Reifen oder 5 ergebende Schwingungsverhalten des Reifens mittel anderen Rotationskörpern, mittels eines Schwin- eines Meßwertaufnehmers aufzunehmen, woraus siel gungserrcgers und einer Vorlasteinstelleinrich- Rückschlüsse hinsichtlich der Reifenstruktur erge tung zur Lieferung einer Vorlast, wobei das ben. Um den Reifen an verschiedenen Punkten radia Schwingungsverhalten des unter Einwirkung des oder lateral zu erregen, ist es hierbei erforderlich Schwingungserregers und der Vorlast stehenden io den Reifen von Hand zu verdrehen, und zur Auf Körpers durch mindestens einen Meßwertaufneh- nähme des Schwingungsverhaltens ist es dann erfor mer aufgenommen wird und die Kraft des derlich, den Meßwertaufnehmer mit bestimmter Schwingungserregers unabhängig von der Vor- Punkten des Reifens fest zu verbinden, was naturge lastkraft der Vorlasteinstelleinrichtung zur Ein- maß sehr umständlich und zeitraubend ist. Ein weite wirkung gebracht wird, dadurch g e k e η η - i5 rer Nachteil besteht darin, daß die Messung entwedei zeichnet, daß die Vorlasteinstelkinrichtung nur radial oder nur lateral durchgeführt werder .■wischen dem Schwingungserreger (3) und sei- kann. Um eine möglichst vollständige Aussage übei nem zugeordneten Erregerkopf (5) angeordnet ist das Verhalten eines Reifens machen zu können, wäre und den Erregerkopf (5) mit einer bestimmten es aber wünschenswert, möglichst alle Punkte de; Vorlast gegen den zu untersuchenden Körper (6) »° Reifens zu erfassen und zu erregen und die Antworl andrückt und daß die Vorlasteinstelleinrichtung auf die Erregung an jedem beliebigen Punkt mil gemeinsam mit dem Schwingungserreger (3) und Hilfe von Meßwertaufnehmern zu erfassen. Dies isi seinem zugeordneten Erregerkopf (5) innerhalb aber bei dem bekannten Verfahren nur teilweise eines bestimmten Winkels gegenüber dem zu un- möglich.

   tersuchenden Körper derart verschwenkbar und as Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens einstellbar ist, daß der Erregerkopf auf sämtliche liegt darin, daß der Einfluß von radialen und lateraradialen, lateralen und dazwischenliegenden Stel- len Vorlastkräften auf das Eigenverhalten des Reilen am zu untersuchenden Körper aufsetzbar ist. fens nicht simuliert werden kann. Nachteilig ist fer-
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch ge- ner, daß die dem Kraftfahrzeuggewiciu entsprekennzeichnet, daß der Erregerkopf (5) durch 3o chende Vorlast, die auf den Reifen wirkt, nur über mehrere in äquidistanten Abständen angeordnete das Federsystem des Schwingungserregers erzeugbar Parallellenkeranordnungen (14) geradlinig ver- ist. Da die Vorlast hierbei nicht gemessen wird, beschieblich geführt und mit dem Schwingungserre- steht die Möglichkeit, daß die Erregerkraft größer als ger (3) lösbar verbunden ist. die Vorlast wird. Dies bedeutet aber, daß die am
3. 3. Vorichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, da- 35 Reifen wirkende Erregung nicht sinusförmig ist, sondurch gekennzeichnet, d?ß eine zweite Vorlast- dem Oberwellen aufweist, so daß keine genau dcfieinstelleinrichtung zur Erzeugung einer zweiten nieiten Prüfungsbedingungen gegeben sind.
   Vorlast vorgesehen ist, die nicht oder nur mit Aus »Archiv für technisches Messen (ATM)« einer Komponente in Erregerrichtung wirkt. Bl. V 8294-3 (September 1969) S. 207 bis 210 ist ein
4. 4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden *° Tronimelprüfstand bekannt, bei dem das zu prüfende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rad von außen horizontal gegen die Trommel ge-Schwingungserreger (3) der Erregerkopf (5) und preßt wird. Mittels eines Steuergerätes kann die die erste Vorlasteinstelleinrichtung zusätzlich zu Meßeinrichtung entlang der Lauffläche des Reifens der Verschwenkung um eine weitere Achse dreh- verschoben werden. Auch aus »Electronics« 18. bar sind. 45 März 1968, S. 125 bis 129 ist ein Trommelprüfstand
5. 5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden bekannt, bei dem der Reifen au die Mantelfläche der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommel angedrückt wird. Auch hierbei liegt die Schwingungserreger (3), der Erregerkopf (5), die Angriffsfläche der Trommel auf der Lauffläche des erste Vorlasieinslelleinrichlung und/oder der zu Reifens. Außerdem ist aus »The Engineer« 25. Feuntcrsuchende Körper(6) zur Anpassung an un- 5o binar 1966, S. 318 bekannt, bei einer Reifenprüfmaterschicdliche Durchmesser desselben geradlinig schine einen Zirkularanteil einer Plattform mittels verschiebbar sind. eines Handrades zu drehen, um statische Drehwirkungen zu simulieren.

   Darüber hinaus ist aus »Rubber Chemistry and

   55 Technology« März 1971, S. 249 bis 257 eine Vorrich-

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur tung der eingangs genannten Art bekannt, bei der Durchführung von Strukturuntersuchungen an eiasti- das Aufbringen der Erregerschwingungen und der sehen und/oder plastoelaslischen Körpern, insbeson- Vorlast getrennt erfolgt, nämlich dadurch, daß die dcrc von Reifen oder anderen Rotationskörpern, mit- Erregerschwingungen durch einen Schüttler und die tcls eines Schwingungserregers und einer Vorlastein- ^6o Vorlast durcli Luftfedern aufgebracht werden. Der stelleinrichtung zur Lieferung einer Vorlast, wobei Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, das Schwingungsvcrhalten des unter Einwirkung des daß sie nicht geeignet sind, die Erregerschwingungen Schwingimgserregers und der Vorlast stehenden Kör- an beliebigen Stellen des zu prüfenden Körpers aufpers durch mindestens einen Meßwertaufnehmer auf- zubringen.

   genommen wird und die Kraft des Schwingungserre- ⁶5 Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik gers unabhängig von der Vorlastkraft der Vorlastein- liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichstellrichtung zur Einwirkung gebracht wird. tung zur Durchführung von Strukturuntersuchungen

   Es ist bekannt (F. Böhm, »Mechanik des Gürtelrei- an elastischen und; oder plastoelastischen Körpern zu