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Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsprüfung von
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Fahrzeug-Schwingungsdämpfern Die Erfindung betrifft zunächst ein
Verfahren zur Prüfung der Funktion von in Fahrzeugen eingebauten Schwingungsdämpfern,
bei dem das den Schwingungsdämpfern jeweils zugeordnete Fahrwerk mittels eines Schwingungserregers
in Schwingungen versetzt wird und an Hand der Schwingungsgeschwindigkeit auf die
Funktionsfähigkeit der Schwingungsdämpfer rückgeschlossen wird.
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Der Zweck derartiger Verfahren ist die Überprüfung der Funktionsfähigkeit
von Schwingungsdämpfern in Fahrzeugen. Die Schwingungsdämpfer haben einen erheblichen
Einfluß auf die Bodenhaftung, die Spurtreue und die Kurvenstabilität des Fahrzeuges,
in welchem sie eingebaut sind. Für die Fahrsicherheit sind sie deshalb von entscheidender
Bedeutung. Als Schwingungsdämpfer werden heute im Fahrzeugbau, insbesondere im Kraftfahrzeugbau,
fast ausschließlich hydraulische Schwingungsdämpfer eingesetzt, da sie eine den
Reibungsdämpfern gegenüber während ihrer Lebensdauer annähernd gleichbleibende Dämpferleistung
erbringen und auch eine längere Lebensdauer aufweisen.
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Die r,obensdt eines Schwingungs(lämpfers ist aber begrenzt, da er
im gesamten Federungssystem dem größten Verschleiß unterliegt.
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Problematisch dabei ist es, daß ein defekter Schwingungsdämpfer nur
selten erkannt wird, z. B., wenn Dämpferöl ausgetreten ist.
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Ein Nachlassen der Dämpfkraft setzt aber schon viel früher ein und
tritt nur in den wenigsten Fällen äußerlich sichtbar in Erscheinung. Ein defekter
Schwingungsdämpfer ist somit ein erhebliches Risiko für die Verkehrssicherheit des
Fahrzeuges.
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Zur Vermeidung bzw. Verminderung dieses Risikos sollten Schwingungsdämpfer
in bestimmten Zeitabständen überprüft werden. Da der
Ein- und Ausbau
zeit- und kostenaufwendig ist, wird die Prüfung der im Fahrzeug eingebauten Schwingungsdämpfer
angestrebt.
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Durch die DE-AS 1 232 372 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Schwingungen
mittels eines elastischen Gliedes von einem Schwingungserreger durch Fußpunkterregung
in das Fahrwerk eingeleitet werden. Die Schwingungsgeschwindigkeit wird dabei, ausgehend
von einer überkritischen Erregung, über den Resonanzbereich bis in einen unterkritischen
Bereich gefahren. Aufgezeichnet werden die auftretenden Schwingungsamplituden, wobei
die in der Resonanzlage aufgezeigten Amplituden für die Aussage, ob der Schwingungsdämpfer
noch den Anforderungen genügt, verwendet werden. Ein Vergleich mit einem dem Fahrzeugtyp
zugeordneten , maximal zulässigen Schwingungsausschlag in dieser Resonanz lage ergibt
dann die Aussage, ob dieser Schwingungsdämpfer noch in Ordnung ist oder ob er ausgewechselt
werden muß. Der Einfluß durch Reifenfederung und -dämpfung sowie die Reibung im
Fahrwerk selbst werden bei dieser Methode nicht erfaßt. Diese fahrwerkseigene Dämpfung
ist jedoch sehr unterschiedlich und unterliegt starken typbedingten Schwankungen.
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Ein weiteres Verfahren wird in der DE-PS 2 645 40 vorgeschlagen, nach
dem mit einer regelgesteuerten konstanten Schwingungsgeschwindigkeit die Frequenz
der Radaufstandsplatten von einer über der Resonanzfrequenz des schwingenden Systems
liegenden Frequenz zurückgeführt wird. Ermittelt wird dabei der Quotient aus der
Winkelgeschwindigkeit und der Schwingungsamplitude, der dem Bewegungswiderstand
der gesamten Radaufhängung entsprinht. Auch hier wird nur die gesamte Dämpfung des
Fahrwerkes festgestellt, nicht aber die hydraulische Dämpfung des jeweiligen Schwingungsdämpfers
allein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Prüfung der Funktionsfähigkeit von Schwingungsdämpfern im Fahrzeug eingebauten Zustand
zu schaffen, wobei unabhängig von der Gesamtdämpfung der Radaufhängung und des gesamten
Fahrwerkes die Dämpfwirkung des Schwingungsdämpfers gemessen werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schwingungen am Fahrwerk
im unterkritischen Bereich in bekannter Weise eingeleitet
werden
und ein Prüfsystem angeordnet ist, welches durch mehrere Messungen bei verschiedenen
Schwinggeschwindigkeiten die mechanische Reibung des Fahrwerkes und die hydraulische
Dämpfung der Schwingungsdämpfer durch Differenzbildung ermittelt. Dabei ist es vorgesehen,
daß die Differenzbildung von fahrzeugspezifischen Daten zu den einzelnen Messungen
erfolgt, wobei die fahrzeugspezifischen Daten zunächst ohne Schwingungsdämpfer ermittelt
sind.
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Entsprechend einem Merkmal der Erfindung können die fahrzeugspezifischen
Daten wie mechanische Reibung und Beschleunigungskräfte der Fahrwerks teile sowie
die Kennung der Fahrzeugfeder mit der selben Prüfeinrichtung gemessen werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, die fahrzeugspezifischen Daten, d.
h., das Fahrzeug ohne Stoßdämpfer, zu messen und die bei den einzelnen Schwinggeschwindigkeiten
ermittelten Werte in einer Tabelle festzuhalten. Dies geschieht für Jeden Fahrzeugtyp,
wobei diese fahrzeugspezifischen Daten beispielsweise über ein entsprechendes Regelglied
vor der eigentlichen Prüfung in die Vorrichtung eingegeben oder bei der späteren
Auswertung berücksichtigt werden. Die Dämpfkraft der Schwingungsdämpfer ist so leicht
und schnell im eingebauten Zustand zu messen bzw. durch Differenzbildung zu ermitteln.
Gemessen wird somit über einen Geschwindigkeitsbereich oder bei mehreren Geschwindigkeiten
des Schwingungsdämpferkolbens, wobei die jeweilige Kraft-Weg-Kurve des gesamten
Systems gemessen wird und anschließend durch Differenzbildung mit den fahrzeugspezifischen
Daten zur Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers führt. Außerdem kann durch Messung
im niederen Geschwindigkeitsbereich die mechanische Reibung und die hydraulische
Dämpfung anteilig getrennt werden. Als Meßmittel sind mechanische oder elektrische
vorgesehen.
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Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Prüfung
der Funktion von in Fahrzeugen eingebauten Schwingungsdämpfern, wobei das Fahrwerk
des zu prüfenden FahrzeugeS in Schwingungen versetzt wird und die Schwingungen durch
motorisch betriebene Schwingungserreger über eine Radaufstandsplatte in das jeweilige
Fahrzeugrad durch Fußpunkterregung einleitbar sind und in der Vorrichtung mindestens
eine Radaufstandsplatte zur Prüfung
vorgesehen ist. Dieser Vorrichtung
liegt die Aufgabe zugrunde, daß das eingangs beschriebene Verfahren schnell und
kostengünstig durchgeführt werden kann.
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Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
der Schwingungserreger ein in der Vorrichtung angeordneter Exzenter-Kurbeltrieb
ist, der über ein Hebelsystem mit der zugeordneten Radaufstandsplatte in Verbindung
steht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Schwingungserreger
quer zur Vorrichtungslängsachse arbeitend angeordnet ist, wobei die erzeugten Schwingungen
horizontal gerichtet nach beiden Seiten in die jeweils zugeordneten Hebelsysteme
und von diesen vertikal gerichtet auf die Radaufstandsplatten übertragbar sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Radaufstandsplatten
jeweils muldenförmig vertieft und mit beidseitig angeordneten Klemmbacken versehen.
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Um den Einfluß der Aufbaumasse beim Schwingungsvorgang aus zu schalten,
ist es, wie die Erfindung zeigt, vorteilhaft, daß der Vorrichtung eine Aushebevorrichtung
zur Anhebung der Karosserie des zu prüfenden Fahrzeuges zugeordnet ist. Erfindungsgemäß
kann diese Aushebevorrichtung aus Hydraulikzylindern bestehen, wobei diese Hydraulikzylinder
mittels einer Pumpe betätigbar sind. Besonders wirtschaftlich ist es, wenn der Schwingungserreger
zur gleichzeitigen Schwingung beider Radaufstandsplatten ausgelegt und dazu von
einem einzelnen Motor antreibbar ist.
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Zum Ausschalten von Meßungenauigkeiten werden erfindungsgemäß die
muldenförmigen Radaufstandsplatten so ausgebildet, daß der waagerechte Bewegungsanteil
bei der Einfederung des Rades ausgeglichen wird, wobei dieser Ausgleich des waagerechten
Bewegungsanteiles durch eine entsprechende Beweglichkeit der Radaufstandsplatte
erfolgt. Solche in etwa peridelnd aufgehängte Radaufstandsplatten gestatten, daß
beispielsweise Spuränderungen während der Bewegung ausgeglichen werden können und
nicht als Kräfte in die Messung eingehen. Um Aufstellungsunterschiede des Fahrzeuges
auf der Vorrichtung auszuschalten, ist es besonders zweckmäßig, daß die Hebelsysteme
Waagesysteme sind. Dadurch wird gewährleistet, daß reproduzierbare Messungen bei
unterschiedlicher Aufstellung des Fahrzeuges erhalten werden.
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Zur Registrierung der festgestellten Meßdaten ist erfindungsgemäß
jedem Hebelsystem ein elektrisches Kraft-Weg-Meßsystem zugeordnet, welches aus einem
Winkelgeber und einem Momentgeber besteht, oder es wird jedem Hebelsystem ein mechanisches
Kraft-Weg-Meßsystem zugeordnet, welches einen mechanischen Kraftanzeiger aufweist,
wobei diese mechanischen Kraftanzeiger zur Feststellung der maximalen Ausschläge
mit Schleppzeigern versehen sind.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Prüfvorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 die Gesamtseitenansicht der Prüfvorrichtung;
Fig. 2 die Gesamtdraufsicht auf die Prüfvorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 die Vorderansicht
der Prüfvorrichtung nach Fig. 1; Fig. 4 die Draufsicht auf den Antriebsteil der
Prüfvorrichtung nach Fig. 3; Fig. 5 die Seitenansicht auf den Antriebsteil der Prü.fvorrichtung
nach Fig. 4; Fig. 6 die Unwuchtgeber in Form eines Zweifach-Exzenter-Kurbeltriebes
nach Fig. 4 und Fig. 7 die Antriebseinheit für die Prüfvorrichtung nach Fig. 1.
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Die in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellte Prüfvorrichtung
15 ist zur Aufnahme einer ganzen Fahrzeugachse 21 ausgelegt.
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Dazu wird das Fahrzeug 17 mit seinen Rädern 19 über eine Rampe 13
auf muldenförmig ausgebildete Radaufstandsplatten 10 gefahren.
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Wie Fig. 3 zeigt, sind den Radaufstandsplatten 10 auf beiden Seiten
Klemmbacken 11 zugeordnet, mit denen die Reifen 19 während der Prüfung festgeklemmt
werden können, um den Einfluß der Reifenfedern zumindest teilweise auszuschalten.
Die Radaufstandsplatten 10 ruhen auf einem Hebelsystem 6, das als Waagesystem ausgebildet
ist, damit Aufstellungsunterschiede bei den zu prüfenden Fahrzeugen 17 ausgeglichen
werden können. Die bewegliche
Anordnung dieser Radaufstandsplatten
10 bewirkt, daß waagerechte Bewegungsänderungen bei der Einfederung des Rades 19
ebenfalls ausgeglichen werden. Das jeder Radaufstandsplatte 10 zugeordnete Hebelsystem
6 besteht bei dem gezeigten Vorrichtungsbeispiel aus einem oberen Waagebalken 14
und einem unteren Waagebalken 22. Der obere Waagebalken 14 ist einseitig in einem
oberen Drehpunkt 24 und der untere Waagebalken 22 ist einseitig in einem unteren
Drehpunkt 23 gelagert.
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Die Velt)indung zwischen dem oberen Waagebalken 14 und dem unteren
Wageblken 22 ist durch Parallelstützen 25 und 27 hergestellt, wobei die innere Parallelstütze
25 an dem oberen Waagehalken 14 an einem inneren Drehpunkt 28 und am unteren Waagebalken
22 an e-i icm- tiuccren Drehpunkt 29 .lngrlenkt ist. Der Nußere Drehpunkt 29 liegt
dabei dem unteren Drehpunkt 2s gegenüber am unteren Waagebalken 22. Die äußere Parallelstütze
27 ist am oberen Waagebalken 14 an einem oben äußeren Drehpunkt 30 und am unteren
Waagebalken 22 an einem unten mittigen Drehpunkt 31 angelenkt. Der oben äußere Drehpunkt
30 liegt am oberen Waagebalken 14 gegenüber dem oberen Drehpunkt 24, während der
unten mittige Drehpunkt 31 zwischen den Drehpunkten 23 und 29 angeordnet ist, Die
Verbindung zwischen Radaufstandsplatte 10 und oberem Waagebalken 14 wird durch zwei
Muldenlager 26 hergestellt. Dabei greift die innere Parallelstütze 25 etwa mittig
zwischen den Muldenlagern 26 am oberen Waagebalken 14 an.
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Der Antriebsteil der Prüfvorrichtung 15 ist in Fig. 4 in Draufsicht
dargestellt. Dabei greift der untere Waagebalken 22 etwa mittig zwischen die paarig
ausgelegten oberen Waagebalken 14. Auf diese Weise wird eine sichere Führung der
muldenförmigen Radaufstandsplatten 10 gewährleistet.
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Die Figur 5 zeigt die Prüfvorrichtung 15 von der Seite. Zur Prüfung
kann die Fahrzeugkarosserie 16 mit einer Aushebevorrichtung 12 angehoben werden.
Hierzu wird Hydraulikflüssigkeit mittels einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe
in die Aushebevorrichtung 12 gepumpt und die Karosserie 16 angehoben. Dadurch kann
zur Prüfung der Einfluß der Aufbaumasse beim Schwingungsvorgang der Radaufhängung
ausgeschaltet werden.
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Zu Aufzeichnung des Kraft-Weg-Diagrammes ist gem. Fig. 4 im Hebelsystem
ein Momentgeber 8 vorgesehen, der über eine Übertragungsvorrichtung 34 mit einem
Winkelgeber verbunden ist. Dieser Momentgeber 8 dient zur Aufzeichnung der Kraft,
während der Winkelgeber 7;den Schwingweg markiert. Auf diese. Weise wird.ein einfaches
elektrisches Kraft-Weg-Meßsystem geschaffen. Gibt man sich mit der Feststellung
der maximalen Ausschläge zufrieden, so kann ein mechanischer Kraftanzeiger 9 verwendet
werden, der mit einem Schleppzeiger 20 versehen ist, wie in Fig. 6 dargestellt.
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Die Hebelsysteme 6 können durch den mittig entlang der Vorrichtungslängsachse
18 angeordneten Schwingungserreger 5 in Schwingungen versetzt werden. Der Schwingungserreger
5 ist nach beiden Seiten durch horizontale Übertragungsgestänge 32, Gestängelagerungen
33 und vertikale Hebelarme 36 mit den Prüfmechaniken verbunden, wobei die Schwingungen
in der Vorrichtungslängsachse 18 über die Momentenwellen 34.auf die unter den Radaufstandsplatten
10 angeordneten Hebelsysteme 6 übertragen werden.
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Die den Schwingungserreger 5 antreibende Antri?bseinheit. ist in Fig.
7 dargestellt. Sie besteht aus einem Motor 1, der-als drehzahlgeregelter Gleichstrommotor
ausgelegt ist. Dem«,Motor 1 ist eine mehrteilige Schwungscheibe 2 und ein Stirnradgetriebe
3 zugeordnet. Zwischen dem Stirnradgetriebe 3 und dem Motor 1 befindet sich eine
elastische Kupplung 4 zum Ausgleich von AchsRehlern.
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Anstelle des drehzahlgeregelten Gleichstrommotors 1 mit elastischer
Kupplung 4 und Stirnradgetriebe 3 kann auch ein Getriebemotor mit polumschaltbarem
Drehstrommotor verwendet werden.
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Der Skhwingungserreger 5 ist als ein Zweifach-Exzenter-Kurbeltrieb
mit einer Zweifachkröpfung 35 ausgelegt, wobei die Übertragungsgestänge 32 einander
gegenüberliegend in dieser Zweifachkröpfung 35 gelagert sind. Auf diese Weise erfolgt
mit einem kostengünstigen Einmotorsystem der Antrieb des Schwingungserregers 5 über
nahezu starre Glieder. Daraus ergeben sich leicht reproduzierbare erzwungene Erregerschwingungen
mit nahezu festgelegtem Ablauf. Vergleichsmessungen lassen sich so aussagekräftig
und reproduzierbar durchführen,
Zur Festlegung der fahrzeugspezifischen
Daten eines Fahrzeugtypes wie mechanische Reibung und Beschleunigungskräfte der
Fahrwerkssteile sowie Kennung der Fahrzeugfeder wird ein ohne Stoßdämpfer ausgerüstetes
Fahrzeug auf der Vorrichtung bei mehreren Schwinggeschwindigkeiten gemessen. Für
jede Geschwindigkeit wird die Kraft-Weg-Kurve aufgezeichnet, wodurch die für diesen
Fahrzeugtyp charakteristischen Fahrwerksdaten ohne Einfluß der Schwingungsdämpfer
festgelegt sind. Bei der Messung des Fahrzeuges mit eingebauten Schwingungsdämpfern
erhält man durch Differenzbildung .für die jeweilige Geschwindigkeit die Dämpfkraft.
Ein Vergleich dieser Dämpfkraft mit der auf Grund der Einbausituation sich ergebeenden
Solldämpfkraft ermöglicht eine einwandfreie Aussage über den Zustand des Dämpfers
Im niederen Geschwindigkeitsbereich können außerdem Rückschlüsse auf den Anteil
der mechanischen Reibung gezogen werden, so daß bei einem Fehlverhalten des Stoßdämpfers
bereits auf die Fehlerursache hingewiesen werden kann.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Ermittlung
des Zustandes von Schwingungsdämpfern in eingebautem Zustand kann im Rahmen des
Erfindungsgedankens weitgehend abgewandelt werden. So läßt die Vorrichtung ohne
weiteres eine Leistungsmessung zu, welche über den Zustand des Schwingungsdämpfers
Aufschluß gibt. Hierbei können allerdings keine Rückschlüsse auf die Zug- und Druckanteile
gezogen werden, da die Gesamtkraft -Zug- und Druckanteil - ermittelt wird. Hierzu
wird für die Feststellung der fahrzeugspezifischen Daten (ohne Schwingungsdämpfer)
die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors für die verschiedenen Geschwindigkeiten
ermittelt. Durch Differenzbildung der Leistungsaufnahme mit Schwingungsdämpfer und
der Leistungsaufnahme ohne Schwingungsdämpfer kann ebenfalls auf den Zustand der
Schwingungsdämpfer geschlossen werden
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