DE2406602C3 - Vorrichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Fahrzeugen - Google Patents

Description

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.

Da die Reifen und Fahrwerke in modernen Fahrzeugen, insbesondere Motorrädern, hoch beansprucht werden können, verlangt man auch, daß die Rader, insbesondere die Speichenräder, sehr stark belastbar sind. Aus der Sicht der Fahrwerkdynamik und dei Materialkosten wird ein geringes Gewicht des Rades, aber auch gleichzeitig eine hohe Steifigkeit und Belai.tbarkeit 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

ίο 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, bekanntgeworden. Diese Einrichtungen haben aber den Nachteil, daß ein hoher Aufwand an Regel- und Stellgliedern erforderlieh ist. Weiterhin sind sie störanfälliger als rein mechanische Prüfeinrichtungen. Des weiteren sind in dem Buch »Gestaltfestigkeit, Versuche mit Schwingern« von Dr.-Ing. S. Berg, VDE, mechanische PrüfeinrichtUiigen bekanntgeworden, die aber neben der Torsionsbeanspruchung auch nichtsteuerbare Querkräfte auf den Prüfkörper aufbringen. Ein derartiger Versuchsaufbau ist auf S. 212, Bild 24.43, dargestellt. Ein Versuchsaufbau zur Ermittlung der Kräfte und Verformungen an Drehfedern ist ebenfalls bekanntgeworden und in dem gleichen Buch auf S. 330, Bild 32.17, dargestellt. Hierbei werden aber wiederum neben der Torsionsbelastung zwangläufig 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.

Aus der deutschen Auslegeschrift 10 63 403 ist eine Prüfmaschine für die Dauerfestigkeit von Kraftfahrzeugrädern bekannt, bei der mit Hilfe einer an einem Lastarm drehbar gelagerten Unwucht Querkräfte und damit Biegemomente in die zu prüfenden Kraftfahrzeugräder eingeleitet werden. Mit dieser bekannten Prüfmaschine ist es nicht möglich, Torsionsmomente und insbesondere Torsionsmomente allein in die zu prüfenden Kraftfahrzeugräder einzuleiten. Das Gleiche gilt auch für die in der deutschen Auslegeschrift 10 00 168 gezeigte Prüfmaschine, bei der mit Hilfe eines umlaufenden Gewichts ein Biegemoment in die zu prüfende Felge eingeleitet wird. Auch mit dieser bekannten Prüfvorrichtung läßt sich eine querkraftfreie, d. h. biegemomentfreie Torsionsbelastung der Felge nicht durchführen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtune zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern, vorzuschlagen, bei der Torsionsmomente so eingeleitet werden können, daß die Querkraftbelastungen auf Null redu-

ziert 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 erfindungsgcmäß dadurch gelöst, daß zur Einleitung einer Torsionsmomentenbeiastung jeweils zwei gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 1 80° gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 1 S0^c versetzten Abstand an Erregerstab über jeweils einen Hebelarm angreifen.

Die Erfindung hat insbesondere die Vorteile, daß bei einer Vorrichtung zur Lebensdauerprüfung von Fahrzeugrädern, insbesondere Speichenrädern, es möglich ist. nur reins, 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.

Das Torsionsmoment kann vorteilhaft über jeweils zwei, an jeweils einem mit dem Erregerstab drehfest verbundenen Ausleger gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 180³ gegeneinander 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 sind.

Zur Erzeugung des Torsionsmoments 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 Eneserstabes, so daß dadurch eine sinusförmige Torsionsbelastung in den Prüfkörper eingeleitet wird. Es 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 Torsionsmoment 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 Weise 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.

An Hand der Figuren <ό11 nun an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeiat

F i g. 1 schematisch die Anordnung der Gewichte, die das Torsionsmoment und das Biegemoment einleiten können,

F i g. 2 die Darstellung des Torsionsmoinentenverlaufs über der Zeit /,

Fig. 3 schematisch den Biegemomentenvedauf über der Zeit ι,

F i g. 4 den mechanischen Teil der Gesamtvorrichtung ii: Seitenansicht, wobei ein Schnitt durch die

ίο Mittelachse der Vorrichtung gelegt ^;st,

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

is Gernäß F i g. 1 sind Gewichte 1 und 2 radial einstellbar an Stegen 3 und 4 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°

au gegeneinander versetzt sind. Die Einleitung des einstellbarer¹. 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

s5 den Gewichten 1 und 2 ist, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß.

In Fig. 2 ist der sinusförmige Verlauf des Torsionsmomentes M_T über der Zeit / dargestellt. Unterhalb des Kurvenverlaufs sind die jeweils dazugehöreriden Gewichtsstellungen schematisch angedeutet. F i g. 3 zeigt den Biegemomentenverlauf M_B über der Zeit f, wobei die Größe des Biegemomentes M_ß von der gewünschten Radlast und der Seitenlast abhängig ist.

In Fig. 4 ist ein Speichenrad 11 auf einem Maschinentisch 12 eines Gesamtgehäuses 13, vorzugsweise mit Spannpratzen 14, fesi:gespannt. 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! bis 24 an. Die axial verschiebbaren Gelenkwellen 22 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 bekannten, 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 Kugellager-

anordnung 28 ist der Erregerkopf 27 rotationsfähig. Ein Gegengewicht 29 hat das gleiche Gewicht wie das biecemomenteneinleitende Gewicht 8, so daß eine eeeenseitige 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 Eich-

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einrichtung 34. Eine Verbindung 33 zwischen der Einrichtung 32 und dem Erregerkopf 27 wird nach erfolgter Einstellung wieder gelöst. Bei der Eichung des Torsionsmoments werden der Erregerstab 15 und der Erregerkopf 27 durch einen Stift 35 %'erdrehsicher 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 DehnungsmeOstreifen 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 dei maximale Wert vorliegt und anschließend ebenfalh einer nicht dargestellten Meßelektronik weitergeleitet so daß das Biegemoment angezeigt wird.

Die Auslenkung des Erregerstabes 15 wird vorzugsweise über berührungslose mechanisch-elektrische Meßwertaufnehmer 38 bis 40 gemessen, wie ir F i g. 5 ,gezeigt, wobei insbesondere zwei Aufnehmei

ίο 38 und 39 die Auslenkung infolge des eingeleiteter Biegemomentes aufnehmen. Diese Aufnehmer 38 und 39 sind um 90° zueinander am Umfang versetzt. Dei Aufnehmer 40 ermittelt die Verdrehung des Erregerstabes 15 infolge des eingeleiteten Torsionsmomente* durch die Änderung des Abstandes »α« zwischen derr Kopf des Aufnehmers 40 und einer am Erregerstab 15 angebrachten Meßfahne 41.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verrichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, in>besondc're 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 (i, 2), die um 180° gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 180° versetztem 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 rdem Eiregerstab (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 Biegemoments 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 zur Einstellung der Torsionsmomentenbelastung der radiale Abstand der Gewichte (1, 2) zu ihren Drehachsen (5, 6) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (36, 37) zur Messung des Torsionsmoments und/oder des Biegemoments am Erregerstab (15) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Erregerstab (15) Meßwertaufnehmer ('38, 39) zur Erfassung der Auslenkung infolge des eingeleiteten Biegemoments vorgesehen sind.

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