DE2406602A1

DE2406602A1 - Vorrichtung zur dauerfestigkeit von rotationskoerpern, insbesondere speichenraedern von fahrzeugen

Info

Publication number: DE2406602A1
Application number: DE19742406602
Authority: DE
Inventors: Guenther Himmler
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1975-08-21
Also published as: FR2260791B1; IT1028432B; JPS50115880A; FR2260791A1; ES433119A1; DE2406602B2; GB1464662A

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462

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Gebr. HOFMANN K. G. Maschinenfabrik Darmstadt , Pallaswiesenstraße 72

Vorrichtung zur Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Krafträdern, bei der der Rotationskörper ortsfest gehalten wird und mittels eines Erregerstabes, an dem Kräfte angreifen, eine Belastung in den Rotationskörper eingeleitet wird.

N/M

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~ 2 —

Da die Reifen und Fahrwerke in modernen Fahrzeugen, insbesondere Motorrädern, hoch beansprucht werden können, verlangt man auch, daß die Räder, insbesondere die Speichenräder, sehr stark belastbar sind. Aus der Sicht der Fahrwerkdynamik und der Materialkosten wird ein geringes Gewicht des Rades, aber auch gleichzeitig eine hohe Steifigkeit und Belastbarkeit angestrebt. Es muß jedoch der Forderung nach einer ausreichenden Betriebssicherheit die vorrangige Stellung eingeräumt werden.

Da die Form der Räder, insbesondere der Speichenräder, eine mathematische Berechnung der Belastungsfunktionen nahezu unmöglich erscheinen lassen, wird diese unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen auf einer Prüfmaschine ermittelt.

Für die Lebensdauerprüfung von derartigen Fahrzeugrädern ist die Beanspruchung der Speichen durch Anfahr- und Bremsmomente von entscheidendem Einfluß. Die Seitenkräfte und die Radlast haben keinen ausschlaggebenden Einfluß auf die Lebensdauer, da ihre Größe im Vergleich zu den Pkw-Rädern sehr gering ist.

Torsionsbelastungseinrichtungen sind bekannt. In der ATZ 73 vom März 1971 sind derartige Belastungseinrichtungen, die nach dem servohydraulischen Prinzip arbeiten, bekannt geworden. Diese Einrichtungen haben aber den Nachteil, daß ein hoher Aufwand an Regel- und Stellgliedern erforderlich ist. Weiterhin sind sie störanfälliger wie rein mechanische Prüfeinrichtuugen. Desweiteren sind in dem Buch ••Gestaltfestigkeit, Versuche mit Schwingern" von Dr.-Ing. S.Berg, VDE, mechanische Prüfeinrichtungen bekannt geworden, die aber neben der Torsionsbeanspruchung auch nicht steuerbare Querkräfte auf den Prüfkörper aufbringen. Ein derartiger Versuchsaufbau ist auf Seite 212, Bild 24.43 dargestellt. Ein Versuchsaufbau zur Ermittlung der Kräfte

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und Verformungen an Drehfedern ist ebenfalls bekannt geworden und in dem gleichen Buch auf Seite 330, Bild 32.17 dargestellt. Hierbei werden aber wiederum neben der Torsionsbelastung zwangsläufig auch nicht kontrollierbare Querkräfte in den Prüfstab mit eingeleitet.

Bei anderen bekannten Prüfeinrichtungen werden die Torsionsbeanspruchungen durch Drehmassen hervorgerufen, deren Drehrichtung durch Umschalten von Motorantrieben nach bestimmten Funktionen festgelegt wird. Bei diesen Prüfständen sind aber Einschalteinflüsse der Antriebsmotore nicht ganz auszuschließen, so daß keine genau definierte Belastung vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern, vorzuschlagen, bei der Torsionsmomente so eingeleitet werden können, daß die Querkraftbelastungen auf Null reduziert werden und somit ausschließlich Torsionsmomente auftreten und daß weiterhin nur in ihrer Größe einstellbare Querkräfte bei Bedarf eingeleitet werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einleitung einer Torsionsmomenteribelastung jeweils zwei gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 180 gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 180 versetztem Abstand am Erregerstab über jeweils einen Hebelarm angreifen.

Das Torsionsmoment kann vorteilhaft über jeweils zwei, an jeweils einem mit dem Erregerstab drehfest verbundenen Ausleger gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 180 gegeneiander versetzt sind, eingeleitet werden. Es handelt sich demnach um Gewichtspaare, wobei die Gewichte eines jeden

Paares auf gleicher Höhe und um 180 versetzt zueinander angeordnet

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Zur Erzeugung des Torsionsmomentes können die jeweils um 180 versetzten, sich auf gleicher Höhe befindlichen Gewichte über einen Motor und ein Getriebe in Drehung versetzt werden. Durch die gleichsinnig rotierenden exzentrischen Massen werden Fliehkräfte konstanter Größe erzeugt. Bei der Rotation ändert sich der Hebelarm dieses Kräftepaares nach einer Sinusfunktion bezüglich des Zentrums des Erregerstabes, so daß dadurch eine sinusförmige Torsionsbelastung in den Prüfkörper eingeleitet wird. Durch die Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, Querkräfte und damit Biegemomente beliebiger Größe zusätzlich zu dem Torsionsmoment einzuleiten, so daß bei Bedarf eine resultierende und wechselnde Momenteneinleitung durchgeführt werden kann.

Die Größe der Momente kann durch die radiale Verschiebung der Gewichte bezüglich ihrer Drehachsen eingestellt werden. Desweiteren ist ebenfalls durch radiale Gewichtsverschiebung die Größe der Querkraftbelastung einzustellen, so daß man von einem querkraftfreien Torsionsmoment zu einer Querkraft beaufschlagten Torsionsmomenteneinleitung gelangt.

Das über den Erregerstab in das Speichenrad eingeleitete TorsLonsmoment kann mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, die am Erregerstab, vorzugsweise in dessen oberen Hälfte angebracht sind, gemessen und an eine Meßelektronik angezeigt werden. Auch kann in vorteilhafter Welse die Tordierung des Erregerstabes gemessen werden, um die Torsionsweichheit des Prüfkörpers in Abhängigkeit von der Prüfzeit zu ermitteln und aufzuzeichnen. Desweiteren besteht die Möglichkeit, das eingeleitete Biegemoment durch Dehnungsmeßstreifen zu ermitteln und ebenfalls an einer Meßelektronik anzuzeigen.

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Die Erfindung hat insbesondere die Vorteile, daß bei einer Vorrichtung zur Lebensdauerprüfung von Fahrzeug rädern, insbesondere Speichenrädern, es möglich ist, nur reine, ihrer Größe nach einstellbare Torsionsmomente in den Prüfkörper einzuleiten und zusätzlich getrennt und ebenfalls einstellbare Biegemomente aufzubringen, wobei das Torsionsmoment bezüglich eines Punktes des Prüfkörpers nach einer Sinusfunktion wechseln kann, um die Anfahr- und Bremswirkungen am Speichenrad zu simulieren.

Anhand der beiliegenden Figuren soll nun an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Anordnung der Gewichte, die das Torsionsmoment und das Biegemoment einleiten können,

Fig. 2 die Darstellung des Torsionsmomentenverlaufs über der Zeit t;

Fig. 3 schematisch den Biegemomentenverlauf über der Zeit t;

Fig. 4 den mechanischen Teil der Gesamtvorrichtung in Seitenansicht,

wobei ein Schnitt durch die Mittelachse der Vorrichtung gelegt ist;

Fig. 5 eine Draufsicht ausschließlich der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, wobei ein Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 4 durchgeführt wurde.

Gemäß Fig. 1 sind Gewichte 1 und 2 radial einstellbar an Stegen 3 und befestigt. Die Befestigung kann mit bekannten Mitteln durchgeführt sein. Die Gewichte 1, 2 rotieren um Achsen 5 und 6 im gleichen Drehsinn, wobei aber die Gewichte um 180 gegeneinander versetzt sind. Die Ein-

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leitung des einstellbaren Torsionsmomentes erfolgt hierbei über die Mittelachse der Prüfmaschine, die gleichzeitig Drehachse 7 für ein das Biegemoment erzeugendes Gewicht 8 sein kann, wobei die Drehrichtung entgegen den Gewichten 1 und 2 ist, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß.

In Fig. 2 ist der sinusförmige Verlauf des Torsionsmomentes IVL₁ über der Zeit t dargestellt. Unterhalb des Kurvenverlaufs sind die jeweils dazugehörenden Gewichtsstellungen schematisch angedeutet.

Fig. 3 zeigt den Biegemomentenverlauf ]VL über der Zeit t, wobei die Größe des Biegemomentes M_. von der gewünschten Radlast und der Seitenlast abhängig ist. Desweiteren kann die Biegemomenteneinleitung auch gemäß der älteren Patentanmeldung P 2 362 559 erfolgen, um eine nicht in ihrer Größe von der eingestellten Radlast abhängige Seitenlast aufzubringen.

In Fig. 4 ist ein Speichenrad 11 auf einem Maschinentisch 12 eines Gesamtgehäuses 13, vorzugsweise mit Spannpratzen 14, festgespannt Ein Erregerstab 15 ist am oberen Ende zu einem Flansch 16 ausgeschmiedet, so daß dieser mit bekannten Mitteln 17 mit dem Speichenrad 11 verbunden werden kann. Ein Motor 42 treibt über ein Getriebe 18, das die Übersetzung 1 haben kann, mit drei Zahnrädern 19, 20 und 21, drei Gelenkwellen 22-24 an. Die axial verschiebbaren Gelenkwellen und 24 sind wiederum mit Wellen 25 und 26 verbunden, die in Kugellageranordnungen 30 und 31, welche In den Enden von Auslegern 43,44

untergebracht sind, drehbar gelagert sind. Das obere Ende der Wellen 25 und 26 ist einseitig ausgebildet, um als Gegengewicht zu den Gewichten 1 und 2 zu dienen, die auf Stegen 3 und 4 verschiebbar angeordnet sind. Die Arretierung der Gewichte 1 und 2 kann mit bekann-

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ten, nicht dargestellten Mitteln erfolgen. Die axiale Verschiebbarkeit der Gelenkwellen 22 und 24 ermöglicht die Auslenkung der Achsen 5 und 6 infolge der rotierenden Gewichte 1 und 2.

Die Gelenkwelle 23 ist hingegen auf der Mittelachse des Prüfstandes 13 angeordnet und mit einem Erregerkopf 27 verbunden. Durch eine Kugellage ranordnung 28 ist der Erregerkopf 27 rotationsfähig. Ein Gegengewicht 29 hat das gleiche Gewicht wie das biegemomenteinleitende Gewicht 8, so daß eine gegenseitige Kompensation möglich ist und damit eine querkraftfreie Torsionsmomentenbelastung des Prüfkörpers 11 eingestellt werden kann.

Die Eichung der eingeleiteten Torsions- und Biegemomente erfolgt mit bekannten Mitteln durch eine Eicheinrichtung 32 und eine um 90 versetzte Eichelnrichtung 34. Eine Verbindung 33 zwischen der Einrichtung und dem Erregerkopf 27 wird nach erfolgter Einstellung wieder gelöst. Bei der Eichung des Törsionsmomentes werden der Erregerstab 15 und der Erregerkopf 27 durch einen Stift 35 verdrehsicher miteinander verbunden.

Vorzugsweise im Aufspannbereich des Prüfkörpers 11 sind an dem Erregerstab 15 Dehnungsmeßstreifen 36 vorgesehen, insbesondere vier, die je um 90 versetzt am Umfang angeordnet sind. Diese Dehnungsmeßstreifen 36 sind unter 45 bzw. 135 zur Torsionsachse angeordnet und messen das eingeleitete Torsionsmoment. Die Meßwerte werden dann zu einer nicht dargestellten Elektronik weitergeleitet. Vorzugsweise unterhalb der Dehnungsmeßstreifen 36 sind weiterhin Dehnungsmeßstreifen 37 vorgesehen, Insbesondere vier, die je um 90° versetzt am Umfang des Erregerstabes 15 angeordnet sind und deren Signale geometrisch addiert werden, so daß immer der maximale Wert vorliegt und anschließend

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ebenfalls einer nicht dargestellten Meßelektronik weitergeleitet, so daß das Biegemoment angezeigt wird.

Die Auslenkung des Erregerstabes 15 wird vorzugsweise über berührungslose mechanisch-elektrische Meßwertaufnehmer 38 - 40 gemessen, wie in Fig. 5 gezeigt, wobei insbesondere zwei Aufnehmer 38 und 39 die Auslenkung infolge des eingeleiteten Biegemomentes aufnehmen. Diese Aufnehmer 38 und 39 sind um 90 zueinander am Umfang versetzt. Der Aufnehmer 40 ermittelt die Verdrehung des Erregerstabes 15 infolge des eingeleiteten Torsionsmomentes durch die Änderung des Abstandes "a" zwischen dem Kopf des Aufnehmers 40 und einer am Erregerstab 15 angebrachten Meßfahne 41.

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Claims

Patentansprüche

1. J Vorrichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Krafträdern, bei der der Rotationskörper ortsfest gehalten wird und mittels eines Erregerstabes, an dem Kräfte angreifen, eine Belastung in den Rotationskörper eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung einer Torsionsmomentenbelastung jeweils zwei gleichsinnig rotierende Gewichte (1, 2), die um 180 gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 180 versetzten Abstand am Erregerstab (15) über jeweils einen Hebelarm angreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Gewichte (1, 2) an den Enden von jeweils zwei auf gleicher Höhe mit dem Erregerstab (15) drehfest verbundenen Auslegern (43, 44} drehbar gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum zusätzlichen Einleiten eines in seiner Größe einstellbaren Biegemomentes ein oder mehrere um den Erregerstab (15) rotierende, radial verschiebbare Gewichte vorgesehen sind, deren radialer Abstand vom Erregerstab einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Gewichte (1, 2) vorgesehen sind, so daß die Torsionsmomentenbelastung des Prüfkörpers (11) sinusförmig verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Torsionsmomentenbelastung der radiale Abstand der Gewichte (i, 2) zu ihren Drehachsen (5, 6) verstellbar sind.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (36, 37) zur Messung des Torsionsmomentes und/oder des Biegemomentes am Erregerstab (15) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Erregerstab (15) Meßwertaufnehmer (38, 39) zur Erfassung der Auslenkung infolge des eingeleiteten Biegemomentes vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Erregerstab (15) eine Meßfahne (41) und ein Meßwertaufnehmer (40) zur Erfassung der Verdrehung infolge des eingeleiteten Torsionsmomentes vorgesehen ist.

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