DE3025478A1

DE3025478A1 - Belastungstestanlage fuer fahrzeugachsen

Info

Publication number: DE3025478A1
Application number: DE19803025478
Authority: DE
Inventors: John Edwin Hart; Niel Robert Petersen
Original assignee: MTS Systems Corp
Current assignee: MTS Systems Corp
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-07-02
Publication date: 1981-01-22
Also published as: US4263809A; JPS5631617A; GB2053819B; GB2053819A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zum Testen von Spindeln und Achsen von Automobilen.

Es ist bekannt, daß die Belastungen auf Spindeln und Achsen von Automobilen von mechanischen Testanlagen simuliert werden können. Beispielsweise zeigt die amerikanische Patentschrift 3,713,330 eine dreiachsige Lastbefestigung, die zum kompakten Beladen von Anordnungen Winkelhebel verwendet. Diese Anlage arbeitet dort gut, wo Metallblech zum Testen der jeweils benutzten Spindel oder Achse entfernt werden kann. Aber besonders dann, wenn eine Anlage mit Schwingarmachsen verwendet wird, wobei die Aufwärtsbewegung von Spindel oder Achse gegenüber dem Fahrzeug die Mittelachse der Spindel vor- und rückwärts bewegen läßt, sind die notwendigen Kompensationen sehr kompliziert, und während sie ausgeführt und angewendet werden können, ergeben diese Bewegungen größere Probleme beim Programmieren und Regeln.

Ein bekanntes Gerät zum Testen von Achsen, wie es in der US-PS 3,713,330 angegeben wird, ist von J. D. Camp in der Zeitschrift ASTM-STP, Seite 46-58, Juni 1968 unter dem Titel "Random Load Fatigue Tests on Automotive Components And Structures" beschrieben worden. Dieser Artikel beschreibt eine Direktbelastungseinrichtung zum Belasten von Fahrzeugspindeln in drei Richtungen.

Zum Belasten von Spindeln einschließlich der vier Stangengelenken sind andere komplexe Gestänge verwendet worden, und ferner werden für Bremsbelastungen, Seitenbelastungen, Längsbelastungen und Vertikalbelastungen unabhängige Zylinder verwendet. Die Einrichtung nach der Erfindung vereinfacht die Montage und die Steuerung der Belastung der Achs-

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spindeln und enthält Mittel zum Anlegen von Bremskräften.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anbringungs- oder Testanlage zum Testen von Achsen und Radspindeln unmittelbar an Fahrzeugen, die mindestens zwei Betätiger benutzen, die Achsen aufweisen, die sich mindestens an einem Punkt kreuzen, um die Spindel bei Scherbelastungen in Längs- und Vertikalrichtung zu belasten, und um je Kraftkomponenten in zwei orthogonalen Bezugsrichtungen zu erhalten, die nicht entlang den Achsen der Betätiger verlaufen. Um die Belastung in allen Belastungsrichtungen am Fahrzeugrad durchzuführen, können weitere zwei Betätiger mit ebenfalls zwei sich schneidenden Achsen zum Simulieren der Belastung durch Reifeneinlagen in Seiten- und Längsrichtung benutzt werden. Die jeweiligen Betätiger jedes Paares arbeiten über Winkelhebel, um die Masse und so die Querkupplungseffekte klein zu halten, die kompensiert werden sollen.

Die Belastungsbetätiger können zum Arbeiten mit Fahrzeugen, die Schwingachsen enthalten, angebracht werden, wo die Achse oder Spindel selbst bei "Vertikalbewegung sich in einem Bogen bewegt. Ein Satz Betätiger nach der Erfindung kann geneigt liegen, um die Querkupplung klein zu halten, die beim Belasten der Reifeneinlagenkomponentenbelastungen während dieser Schwingbewegung auftritt.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer üblichen Einrichtung nach der Erfindung an einem Automobil,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Betätiger, die sich unmit-

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telbar unter der Spindel befinden und Vertikal- und LängsScherkräfte an der Spindel ergeben,

Fig. 3 einen Schnitt der Horizontal- oder Seitenbelastungsbetätiger, gesehen von oben entlang einer Ebene unter der Spindel nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Vertikalseitenteilansicht der Betätiger nach Fig. 3>

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn einer "Schwingachse", die die Neigung des Reifeneinlagenbetätigers zeigt,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Belastungsbetätiger für die vertikale Vor- und Zurückrichtung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer einfachen Steuerschaltung mit der Einrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 8 eine Darstellung einer typischen Matrix der Kräfte an einer Vorderradspindel und der Lage der Betätiger zum Liefern der Leistung im Betrieb.

Die vierachsige Testanlage 10 enthält an jeder Ecke des Fahrzeuges 12 die Betätiger 11, die zum Belasten der jeweiligen Radspindel sowohl in Längs- als auch in Vertikalscherrichtung benutzt werden. Die Betätiger 11 befinden sich am Boden unter dem Fahrzeug 12, das zum Testen ohne Abnehmen von Metallblech angeordnet sein kann, weil die Einrichtung nach der Erfindung ein angemessenes Spiel an rjeder Spindel der Ecke des Fahrzeugs ergibt, was noch erläutert werden wird. Die Testanlage enthält einen Seiten-

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eingangsbetätiger 13, der zum Simulieren von Seiten- und Bremsbelastungen und auch sogenannten Reinfeneinlagenbelastungen dient. Jeder Betätiger 11 und 13 ist von identischem Aufbau, aber der Betätiger 13 ist an aufrechten Tragsäulen 14 und 15 einstellbar angebracht, die wiederum Basisteile und 17 aufweisen, die arn Boden angeschraubt sind.

Das Fahrzeug besitzt eine Aufhängung 20 mit einer Tragfeder 21, die am Rahmen 22 des Fahrzeugs befestigt ist. In vertikaler Richtung 23 ist bei 24 die Bewegung der Spindel ganz groß (24 ist die Vorderradspindel). Sowohl die hintere Achse als auch die vordere Spindel besitzen während des Betriebes des Fahrzeuges eine praktisch vertikale Bewegung. Somit muß dort beim Testen einer Spindel eine wesentliche Vertikalbewegung auftreten, z.B. ein Belasten in der horizontalen Richtung in Längsrichtung des Fahrzeuges, wie es der Pfeil 25 (Fig. 2) anzeigt.

Der Betätiger 11 ergibt die Bewegung und Belastung in der Vertikal- und in der Längsrichtung 23 bzw. 25. Diese sind Scherkräfte, die unmittelbar auf die Spindel wirken. Eine Halterung 30 ist zusammen mit den Radhaltebolzen unmittelbar an der Radnabe angebracht, die sich an der Spindel 24 dreht. In bestimmten Fällen kann ein Adapter oder eine Halterung 30 an der Bremsunterplatte angebracht sein, um die Spindel zu belasten. Die Halterung 30 ist somit drehbar an der Spindel oder Achse angebracht und enthält einen Stift 32, an dem ein Ende des ersten Kompressionsbelastungsgliedes 31 drehbar befestigt ist. Dieses Glied besitzt ein Stangenende, das an einem Stift 12 befestigt ist, der einen sphärischen Sitz aufweist und zum beschränkten universellen Schwanken des Gliedes 31 und zum Drehen des Gliedes 31 um die Achse des Stiftes 32 dient. Das entgegengesetzte Ende des Gliedes 31 besitzt ein Joch 33» das sich dreht,

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wobei ein Stift 34 an einem Winkelhebel 35 angebracht ist.

Die Belastungseinrichtungen 11 enthalten je einen Rahmen 36, der zwei voneinander in Längsrichtung entfernt liegende Seitenwandteile aufweist. Der Winkelhebel 35 ist an einem Stift 37 drehbar, der zwischen den Seitenteilen des Gestells 36 liegt. Der Winkelhebel 35 steuert die Schwenkbewegung um die Achse des Stiftes oder der Welle 37 über einen servogeregelten Hydraulikzylinder oder Betätiger 40, der ein Servoventil und eine Stange 41 aufweist, deren Ende 42 bei 43 mit dem Winkelhebel 35 an einer gewünschten Stelle in bezug auf die Stifte 37 und ?4 verbunden ist. Das untere Ende des Zylinders 40 ist bei 44 mit einem Stift an einer Stelle, die vom Stift 37 entfernt ist, und neben einem Ende des Rahmens 36 versehen.

Die Längsachse des Gliedes 31 bildet einen Winkel von etwa 45 gegen die Vei"tikale, wenn es sich in Stellung befindet. Wenn die Stange 41 des Zylinders 40 ein- oder ausgezogen ist, dreht sich der Winkelhebel 35 an seiner Welle 37 und belastet das Glied 37 entweder durch Druck oder Zug, je nach der gewünschten Bewegungsrichtung der Spindel 24.

Zum Belasten der Haltertxng 30 dient ein weiteres Glied 50, das drehbar an einem Stift 51 an der Halterung 30 angebracht ist. Zum Anbringen zwischen dem Glied 50 und dem Stift 51 dient ein sphärisches Sitzstangenende, so daß sich das Glied beim Schwenken um den Stift 51 drehen kann. Das entgegengesetzte Ende des Gliedes 50 besitzt ein Joch 52, das mit einem Stift 53 an einem Teil eines zweiten Winkelhebels 54 drehbar angebracht ist, der mit einer Welle oder einem Schwenkstift am Rahmen 36 an einem Punkt des Rahmens befestigt ist, der vom Stift 37 entfernt und neben dem Ende des Gestells liegt, wo der Stift 44 die Basis des Zy-

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linders 40 trägt. Ein Zylinder oder Betätiger 56, der den Winkelhebel 54 betätigt, verläuft vom ¥inkelhebel 54 zum Rahmen 36 und ist dort an einem Stift 62 gelagert, der sich neben einem entgegengesetzten Ende des Rahmens 36 vom Stift 44 befindet. Die Zylinder 40 und 56 liegen quer zueinander, um Platz zu sparen.

Der Zylinder 56 besitzt eine Stange 57, die an ihrem Außenende ein Joch 58 aufweist und mit einem Stift 59 am Winkelhebel 54 befestigt ist. Die Stifte 34 und 52 gehen durch Ösen am Winkelhebel hindurch, die so angeordnet sind, daß die Winkelhebel abgesetzt sein können und so Platz für die Zylinder 40 und 54 geben, die längsseits des Winkelhebels verlaufen, der nicht vom entsprechenden Zylinder gesteuert wird.

Die gleichzeitige Betätigung der Zylinder 40 und 56 durch Zurückziehen der Stangen bewirkt eine Vertikalbewegung der Spindel 24 (Fig. 2). Wegen des Belastungswinkels legen die .Glieder 31 und 50 eine Kraftkomponente in horizontaler Vor- und Zurückrichtung (das Glied 50 ist um 45 gegen die Vertikale versetzt). Diese Kraft ist eine Funktion der Differenz der Belastungen durch die Zylinder 40 und 56. Die Vertikalbewegung oder Vertikalkraft ist eine Funktion der Summe der Bewegungen der beiden Zylinder 40 und 56.

Der untere Teil der Halterung 30 ist mit zwei Behältern zur Aufnahme der seitlichen oder Reifeneinlagenbelastungsglieder versehen. Jeder Behälter enthält zwei Ösen 63, die zur Ebene der Montagehalterung 30 in einem Winkel liegen. Um die Reifeneinlagenbelastung und die Seiten- (quer zur Länge des Fahrzeuges) und die Längsbremsbelastung zu erhalten, wird die Einrichtung 13 benutzt, die, wie Fig. 3 zeigt, praktisch der nach Fig. 2 ähnlich ist, ausgenommen, daß sie

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horizontal liegt. Ein erstes Glied 34 besitzt ein universell verwendbares Stangenende, das sich mit einem Stift 65 zwischen den Ösen 63 an der Vorderkante der Halterung 30 befindet. Das Glied 64 wiederum verläuft in einem Winkel (ca. 45°) zur Spindelachse und liegt in einer praktisch horizontalen Ebene. Das äußere Ende des Gliedes 64 besitzt eine Stangenendenverbindung, die an einem Stift 66 angebracht ist, der an einem Ende eines Winkelhebels 67 befestigt ist und aus diesem herausragt. Der Winkelehbel 67 ist mit einer Welle oder einem Stift 68 an einem Rahmen 71 drehbar angebracht, der einen Teil der Einrichtung 13 bildet. Der Rahmen 71 enthält zwei Seitenteile und Endteile, die einen kastenähnlichen Aufbau bilden. Der Stift 68 verläuft zwischen den Seitenteilen.

Ein erster seitlicher hydraulischer Belastungszylinder oder Betätiger 72, der von einem Servoventil gesteuert wird, besitzt eine aus- und zurückziehbare Stange 73» die an ihrem Außenende ein Joch 74 besitzt, das wiederum mit einem Stift 75 an einem Teil des Winkelhebels 67 drehbar befestigt ist. Das Basisende des Zylinders 72 ist mit einem Stift 76 am Rahmen 71 neben einem seiner Enden befestigt. Das Glied 64 führt bei Betätigung durch den Zylinder 72 Druck- oder Zugbelastun-,gen an der Halterung 30 aus.

Ein zweites seitliches Belastungsglied 80 besitzt ein sphärisches Sitzstangenende, das mit einem Stift 81 zwischen einem zweiten Ösenpaar 63 neben einer gegenüberliegenden Seitenkante der Halterung 30 angebracht ist. Das Glied 80 verläuft seitlich von der Halterung 30 nach außen und ist über eine Stangenendenverbindung an einem Stift 82 drehbar befestigt, die am Winkelhebel 83 angebracht ist und aus ihr herausragt. Der Winkelhebel 83 ist ein zweiter Hebel, der einen

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Teil der Belastungseinrichtung 13 bildet und mit einer Welle oder einem Stift 84 am Rahmen 71 drehbar befestigt ist. Der Winkelhebel 83 wird zur Drehbewegung um die Stiftachse oder Welle 84 durch Verwendung eines servogesteuerten Zylinders oder Betätigers 85 gesteuert, der eine Stange 85 mit einem Joch an seinem Ende besitzt, das mit einem Stift 88 an einem anderen Teil des Winkelhebels 83 angebracht ist. Das Basisende des Zylinders 85 ist mit einem Stift 89 am Rahmen 71 neben einem gegenüberliegenden Ende des Gestells durch den Stift 73 so drehbar befestigt, daß die Zylinder 72 und 85 in derselben Weise quer zueinander verlaufen, so daß die Zylinder 56 und 40 zum kompakten Montieren ebenfalls quer zueinander verlaufen.

Die Seitenteile des Rahmens 71 besitzen Flansche, die mit den aufrechten Trägern 16 bzw. 17 verschraubt sind, die bei 91 längliche Schlitze aufweisen (Fig. 1 und 4). Diese Schlitze ermöglichen das Kanten oder Neigen des ganzen Rahmens 71 einschließlich der Betätiger und der Gestänge gegenüber der Horizontalen (Fig. 4). Eine Neigung bis zu 30° kann erwünscht sein, um die Steuerstörungen infolge der Vertikalbewegung klein zu halten, die im Vergleich zu üblichen horizontalen Belastungsgeschwindigkeiten sehr hohe Geschwindigkeitskomponenten aufweist. Fig. 5 zeigt schematisch eine Schwingachse 95, die sich an einem Bogen 94 bewegt. Durch Herstellen der Ebene, in der die orthogonalen Richtungen der Reifeneinlagenbelastung parallel zur Achse und mehr oder weniger parallel zur Sehne des Schwingbogens liegen, wird die Belastung durch die vertikalen Eingänge wenig beeinflußt. Die Achsen der Glieder 80 und 64 verlaufen parallel zur Ebene 96 und liegen vorzugsweise in dieser. Die Befestigung für die Glieder 64 und 80 an der Halterung kann gedreht werden. Das Neigen ergibt eine lineare Annäherung der Reifeneinlagenbewegung der Schwing-

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achse zum Unterstützen des Kompensierens der Bogenbewegung der Spindel oder Achse und somit der Reifeneinlage während der Vertikalbewegung. Bei der Analyse der Seitenbelastungen, die auf die Spindel auftreffen, ist die Summierung der Momente der Glieder 64 und 80 eine Funktion der seitlichen Kräfte oder der Last an der Spindel in Achsrichtung. Das Differential der Bewegung zwischen den Gliedern 64 und 80 ist eine Funktion der Bremskräfte. Wenn eine Radnabe mit einer Montagehalterung 30 verwendet wird, können die Bremsen des Fahrzeuges angelegt werden, um eine Brernsbelastung zu erhalten. Die Bremsbelastung kann simuliert werden, wenn die Halterung 30 direkt an der Bremsrückplatte angebracht ist.

Fig. 6 zeigt schematisch zwei der hydraulischen Belastungszylinder oder Betätiger, die der Einfachheit halber als Belastung direkt zur Spindel 24 gezeigt werden, die am Schnittpunkt der Achsen der Zylinder dargestellt ist. Fig. 6 dient zur Erläuterung der Last- und Regelausbildung.

Die Spindel 24 wird von Kraftlinien der Zylinderschnittpunkte an der Spindelachse belastet. Die Kraftgeneratoren sind als Zylinder 100 und 101 dargestellt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Winkelhebelbelastung verwendet, aber zur Erläuterung sind direkte Belastungseinrichtimgen dargestellt. Die Zylinder werden über Servoventile 100A und 101A in normaler V/eise gesteuert. Außerdem kann es dort Hubübertrager 100B und 101B und auch Belastungssensoren oder Wandler geben, die entsprechende Differentialdrucksensoren 100C und 101C enthalten. Die Hubwandler können direkt an die Winkelhebel gekupplet werden. Die Belastung in Richtung des Pfeils 23 wird in der Y-Richtung betrachtet und die Belastung ir Richtung des Pfeils 25 in der Z-Richtung (Fig. 6). Normalerweise kann die Rückkopplung aus den Zylindern entweder Hub

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oder Belastung sein. Es hat sich aber gezeigt, daß es höchst erwünscht ist, daß die Hubsteuerung in der Vertikalrichtung (Y) der Steuerparameter wegen der Strecke der von der Spindel zur Aufnahme der notwendigen Bewegung zum Simulieren der Straßenbenutzung durchlaufen wird.

Von den Hubsteuereingängen X₁ und X₂ (Fig. 6) stellt X. das Hubsignal des Wandlers 1OOB und Xp das Signal des Wandlers 101B dar. Eine schematische Steueranordnung wird (stark vereinfacht) in Fig. 7 gezeigt. Die Signale X₁ und X₂ werden in einen Hubsummierungsverstärker 102 geleitet, der ein Ausgangssignal gleich 0,707 der Summe der Eingänge liefert. Dieser Ausgang ist proportional der Vertikalbewegung der Spindel. Dies ist so, wenn die Kräfte auf 45° Linien zur Y-Richtung angelegt werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel tragen die Glieder diese Kräfte. Das "vertikale" oder Y-Befehlsprogramm wird von einer vertikalen Programmquelle oder einem Programmierer 103 geliefert und kann ein Band oder ein anderes Eingangssignal enthalten, das das gewünschte Programmsignal für die Vertikalverschiebung an der Y-Achse der Spindel ergibt.

Das Ausgangssignal des Vertikalprogrammierers 103 wird am Summierpunkt 104 mit dem Ausgang des Vertikalhubsummierers 102 summiert, nachdem entsprechende Gewinnsteuerungen hinzugefügt worden sind. Dieses Fehlersignal wird dann von einem entsprechenden Servoverstärker 105 verstärkt, dessen Ausgangssignal dann an einen ersten Eingang eines Ventilverstärkers 106 geleitet wird, der zum Liefern eines richtigen Signalwertes für das Servoventil 101A verwendet wird. Der zweite Eingang des Ventilverstärkers 106 liefert entweder die "Ladesteuerung¹¹ oder die "Hubsteuerung" in der horizontalen oder Z-Richtung. Bei der horizontalen Hubsteuerung v/erden die Eingänge X₁ und X über die Plus- und Minuseingänge eines Ver-

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stärkers 110 geliefert, der auf der Leitung 111 ein Signal gibt, das gleich dem Hubunterschied ist. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel beziehen sich die Signale der Wandler 100 und 101, auch wenn sie von den Betätigern abgeleitet sind, auf die Horizontalbewegung der Spindel 24. Der Kraftwandler kann in ähnlicher ¥eise Ausgänge aufweisen, die die Geometrie in Rechnung stellen. Das Signal auf der Leitung 111 ist somit eine Funktion der Größe äev Bewegung in der Z-Richtung, wenn die Servoventile bei der Hubsteuerung hinsichtlich der Z-Achse gesteuert werden sollen.

Häufig wird auch die Z-Achsenspindel eher lastgesteuert sein als durch Verschiebung oder Hub. Dies erfolgt mit den Signalen P und Pp, die die Belastungssignale der Belastungswandler 100C und 101C sind. Das P.-Signal gelangt an einen "Plus"-Eingang eines Verstärkers 112, während das Pp-Signal in den "Minus"-Eingang dieses Verstärkers gegeben wird. Das Signal an der Ausgangsleitung 113 des Verstärkers 112 ist dann eine Funktion der Differenz der Belastung zwischen den beiden Betätigern oder den betätigten Gliedern und ist somit auf die horizontale Belastung bezogen. Das BelastungsrückkoOplungssignal auf der Leitung 113 wird an einem Surnmierpunkt 114 mit einem Signal aus dem Befehlsprogramm für die Z-Richtung aus einer entsprechenden Befehlsprogrammauelle 115 summiert. Das Fehlersignal des Summenpunkts 114 wird dann vorn Verstärker 116 verstärkt, dessen Ausgangsleitung 122 mit einem "Plus"-Eingang des Ventilverstärkers 106 und auch mit einem Minus-Eingang des Ventilverstärkers 107 verbunden ist, die zum Regeln des Servoventils 101A benutzt werden. Der Ausgang des Verstärkers 105 liegt arn Plus-Eingang des Verstärkers 107 und am Plus-Eingang des Verstärkers 106, so daß das Signal der Verstärker 106 und 107 sowohl auf die Y- als auch auf die Z-Richtung bezogen ist.

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Die Rückkopplungssignale P^ und Pp können an die Plus-Eingänge eines Verstärkers 117 gelegt werden, um ein Ausgangsrückkopplungssignal an einer Leitung 118 zu erhalten, das die Summe der Belastungssignale darstellt. Wenn die Belastung für die Y-Richtung gesteuert werden soll, kann die Leitung 118 über einen entsprechenden Schalter 119 in den Summierpunkt 104 geschaltet werden, der den Verstärker 102 abschaltet, wenn die Leitung 118 mit dem Summierpunkt 104 verbunden ist.

In gleicher Weise kann das Signal auf der Leitung 111, das die Differenz der Hübe der Zylinder oder der Belastungsgeräte 100 und 101 darstellt, auf den Summierpunkt 114 geschaltet werden, um· ein Rückkopplungssignal zu erhalten, das auf dem "Hub" zum Erhalten der Z-Richtungsbetatigung basiert. Man kann somit eine Hub-Belastungs-Steuerung, eine Hub-Hub-Steuerung und eine Last-Last-Steuerung für die Belastung der Achse oder Spindel in zwei orthogonalen Richtungen besitzen. Die Verwendung von zwei Belastungseinrichtungen mit den Gliedern bei 45° zur Belastungsrichtung spart Platz und gibt Genauigkeit. Es können bestimmte Voraussetzungen wie auf die Relativbewegung der Zylinder erfolgen. Während die Beziehung nicht genau linear ist, ist die lineare Annäherung im normalen Arbeitsbereich ausreichend. Wenn nötig, kann die Kompensation für den Umstand, daß die Vertikalbewegung für jedes Bewegungsinkrement der Zylinder je nach dem Hub oder der Lage der Zylinder größer oder kleiner ist, in den Steuereinrichtungen kompensiert werden.

Dieselbe Steuerung kann zum Belasten in der Seiten- und Bremseingangsrichtung bei der Reifeneinlage verwendet werden. Gewöhnlich wird die Last-Last-Steuerung für diese Eingänge benutzt. Es wird ferner auf die US-PS 3,800^588 Bezug genommen,

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die eine Steueranlage zum Steuern der Betätiger bei Mehrfachachsen auf einer Tabelle zeigt, ähnliche, aber vreniger komplizierte Techniken werden bei der vorliegenden Vorrichtung benutzt.

Ein weiteres Merkmal der Ausrichtung der Betätiger und Glieder, die die Spindel in Winkeln von etwa 45° zu den orthogonalen Richtungen belasten, besteht darin, daß die Bewegung der Betätiger wegen der Ausrichtung der Belastung wirksamer gedacht wird. Dies zeis;t eine Katrix-Analyse für die Kraftvektoren an einer Spindel oder Achse. Es wird auf Fig. 8 verwiesen, die eine solche Analyse kurz und schematisch erläutert. Wenn die Spindel 24 eine Vorderradspindel eines Automobils ist, variiert die von der Spindel im Gebrauch getragene Belastung in Beziehung zur Richtung dieser Belastung in der Größe. Das heißt, es gibt zu einer Zeit an der Spindel eine sehr geringe Abwärtsbelastung. Tatsächlich sind die ausschließlichen Fallbelastungen die Radträgheit, wenn die Spindeleinrichtung an die Rückprallpuffer am Automobil anschlagen kann. Beim Bremsen in einer Kurve können Vorwärtsbelastungen auftreten, aber im allgemeinen sind diese weder sehr erheblich,noch hoch. Wesentliche und erhebliche Belastungen von Fahrzeugspindeln können in Längsrichtung, rückwärts und auch vertikal aufwärts auftreten. Somit kann man die Vektoren der Belastungen rund um die Spindel aufnehmen und mit einer Matrixumhüllung versehen, die den angemessenen voraussehbaren Bereich von Belastungsvektoren darstellt, d.h. etwa so geformt ist, wie es bei 125 in Fig. 8 gezeigt wird.

Wenn die Betätiger oder Glieder der Snindel 24 in zwei orthogonalen Richtungen (die Y- und die Z-Richtung, wie Fig. 8 zeigt) unmittelbar belasten, wird der neutrale Punkt der Kräfte sowohl in Hin- als auch in der Rückrichtung (Z-Richtung) und in der vertikalen (Y-Richtung) von der Mittel-

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achsenlinie praktisch abgesetzt. Beim Belasten in diesen Richtungen, soll es dort, wenn die Kraftlinie entlang der orthogonalen Richtung verläuft, einen erheblichen Differentialwert der Snitzenbelastbarkeit in den beiden Belastungsbewegungsrichtuns;»n entlang dieser orthogonalen Richtung geben. Dies gilt besonders in der Vor- und Rückrichtung. Die Belastungseinrichtungen sollen Jedoch die notwendigen Kraftvektoren liefern, die in die Hüllkurve fallen, die bei 125 in Fig. 8 gezeigt wird. In der orthogonalen Anlage bedeutet dies den großen Vorteil für den vertikalen Betätiger, daß der Betätiger mehr aufladen kann als er ablädt. Bei um 45° geneigten Betätigern 126 und 127 (Fig. 8) besitzt der Betätiger 126, der zum Fahrzeug vowärts weist, praktisch ausgeglichene Kraftansprüche, wie sie vom Doppelpfeil 128 dargestellt sind. Dies ist die Belastung oder die Kraft an jeder Seite der Mittellinie 129, die senkrecht zur Achse des Batätigers 126 verläuft und durch die Achse der Spindel 124 hindurchgeht.

Der Betätiger 126 kann deshalb so groß sein, daß er dieselbe Kraft an ,-jeder Seite der Nullini en 128 liefert (diese Nullinie ist die für den Betätiger 126). Dort gibt es auch Aufsetzbelastungsansprüche für die Vor- und Zurückrichtung. Der neutrale Punkt für den Vor- und Zurückbetätiger 127 ist an der Schnittstelle der Linie 129 und 128 (Fig. 8) dargestellt.

Es ist somit zu erkennen, daß der Betätiger 127 wesentlich mehr Auflast als Ablast liefert. Seine Belastungsleistung kann durch eine statische Belastung am Betätiger als Teil der notwendigen Auflast von Nutzen sein, und die zyklische Last oder die Last, die eine dynamische Amplitude erfordert, kann über ein Servoventil gesteuert werden. Beispielsweise wird die dynamische Belastung des Betätigers 127 vom Doppelpfeil 130 dargestellt. Dies ist die Belastung, die zur Rückseite und über der Spindel 24 dargestellt ist.

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Durch Anlegen einer statischen Belastung in der Aufwärts- und Rückwärtsrichtung, die praktisch gleich der Größe des Absatzes in der einen Richtung ist, beispielsweise' die Größe, die vom Vektor oder Doppelpfeil 131 dargestellt ist, kann dann die Größe der zyklischen oder der dynamischen Belastung verringert werden. Zum Anlegen der statischen Belastung oder der Betätiger 127 schematisch mit einer Doppelkolbenanordnung dargestellt. Ein erster statischer Belastungskolben 133 wird über einen Akkumulator 134- in einer Aufwärtsrichtung auf den gewünschten Wert belastet, um eine Kraft zu erhalten, die gleich dem Kraftvektor sein würde. Der dynamische Kolben 136 wird vom Servoventil I36A zum Anlegen der dynamischen Belastung in entgegengesetzten Richtungen der Spindel 24 und gleidi dem Vektor 130 belastet.

Um optimale Belastungszust.ände und eine Absatzbelastung oder statische Belastung auf nur einem der Betätiger zu erhalten, liefert das Kippen der beiden Betätiger aus den Richtungen der orthogonalen Achsen der Belastung die gewünschten Ergebnisse. Dies geschieht durch Auftragen der Kraftvektoren iim die Spindelachse herum, um eine Matrix von Kraftvektoren zu erhalten, und dann durch Auswählen der Lage der beiden Betätiger, um den Wert der Versatzlast auf mindestens einem der Betätiger in Beziehung zur Belastungsrichtung klein zu halten. Diese Analyse spart Geld, weil das Beifügen der statischen Belastungsabschnitte an übliche Betätiger (die in großer Vielfalt außer denen, die schematisch dargestellt sind, vorgesehen werden können) die Kosten erhöht und auch die Wahl der Nutzung der Fähigkeit der Betätiger dient, die die Wirksamkeit erhöht und den Öl- und Energieverbrauch der gesamten Anlage verringert.

Der Gedanke der Belastung ist das Belasten eines freitragenden Werkstückes in zwei orthogonalen Richtungen an Linien, die in einer senkrecht zur Achse des Werkstückes liegenden

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Ebene liegen, wobei die Belastungseinrichtungen Glieder enthalten, die entlang geraden Linien belasten, die praktisch parallel zu der Ebene verlaufen, in der die Linien der Belastungsrichtung liegen, die aber entlang anderen als die gewünschten Belastungsrichtungen liegen, um die Leistung der Benutzung der Betätiger (durch die Matrixbelastungsanalyse, wie sie in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben worden ist) zu steigern und auch die Betätiger außerhalb des Weges der abschirmenden Komponenten, wie Blech, anbringen zu können. Die Reifeneinlagenbelastungen liegen an in orthogonalen Richtungen verlaufenden Achsen, die eine Ebene senkrecht zur ersten Ebene und parallel, aber in Abstand von der Spindelachse verlaufenden Ebene ergeben. Die Belastungsglieder belasten entlang von Achsen, die nicht mit den orthogonalen Richtungen zusammenfallen.

Es sei noch bemerkt, daß die Befestigungen so beschaffen sind, daß die Glieder selbst in ,jeder Belastungseinrichtung Achsen aufweisen, die praktisch in einer gemeinsamen Ebene liegen, die der Ebene entspricht, die durch die orthogonalen Belastungsachsen gegeben ist. Eine der Ebenen liegt senkrecht zur Achse der Spindel und die andere Ebene, die für die Reifeneinlagen, liegt senkrecht zur ersten Ebene und parallel zur Achse der Spindel, ist aber von ihr versetzt.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum Belasten eines Werkstückes, das freitragend aus einem Träger herausragt und eine längliche Achse, die in zwei orthogonalen Richtungen unter Testbelastung steht, die eine erste Belastungsebene ergibt, wobei eine erste Testbefestigung zwei Glieder mit Belastungsachsen besitzt, die im allgemeinen parallel zur ersten Belastungsebene und in gegebenen Winkeln zueinander verlaufen und ein Belastungsadapter am Werkstück angebracht ist, der mit den Gliedern gekuppelt ist, sowie ein Betätiger an ,jedes Glied einzeln Zug- und Druckbelastungen anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Belasten der Achsen der Glieder in gegebenen Winkeln zu beiden

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orthogonalen Richtungen erfolgt und Steuereinrichtungen die Bewegungen der Belastungen auf den Gliedern abtasten und regeln, um eine gewünschte Belastung in den orthogonalen Richtungen zu erhalten.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Winkelhebel mit den Gliedern gekuppelt sind und einer der Betätiger mit jedem Winkelhebel gekuppelt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätiger an der Testbefestigung so angebracht sind, daß sie quer zueinander verlaufen und ein Ende eines Betätigers neben dem Winkelhebel liegt, der vom anderen Betätiger gesteuert wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Testbefestigung zum Belasten des Werkstücks an zweiten orthogonalen Achsen liegt, die in einer zweiten, senkrecht zur ersten Belastungsebene liegenden Ebene verläuft, daß die zweite Testbefestigung ein zweites Paar von Gliedern mit parallel zur zweiten Ebene parallelen Achsen besitzt und ebenfalls in einem gewünschten Winkel zueinander und zu den zweiten orthogonalen Achsen liegt, daß die zweiten Glieder mit der Befestigung entfernt von der Achse dieses Gliedes angeordnet sind, daß die zweite Ebene von der Achse des Werkstückes um ein gewünschtes Maß versetzt ist, und daß die zweite Einrichtung, die zweite Winkelhebel aufweist, das zweite Paar von Gliedern mit Zug und Druck einzeln belastet und daß zweite Betätiger die zweiten Winkelhebel steuern.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ebene praktisch parallel zur Achse des Werk-

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Stücks liegt und die zweiten Testbefestigungen Halterungen für die zweite Einrichtung zum einzelnen Belasten der zweiten Glieder enthält und das Halten dieser zweiten Einrichtung zum einzelnen Belasten sich ändern läßt und so die Winkelausrichtung der zweiten Ebene um die Achse des Werkstücks herum so ändern läßt, daß die zweite Ebene nicht senkrecht zu einer der ersten orthogonalen Richtungen liegt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Welle aufv/eist und daß der Belastungsadapter sich am Werkstück drehen kann, daß zum Belasten des Werkstücks in einer zu dessen Achse senkrechten Ebene die beiden Glieder der ersten Testbefestigung ausgerichtet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die beiden Belastungsbetätiger bei gewünschten Geschwindigkeiten zueinander steuert, um eine Belastung in das Werkstück in einer ersten orthogonalen Richtung zu erhalten und die Belastung des Betätigers gleichzeitig in der zweiten orthogonalen Richtung steuert.
8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sich das Werkstück zum Belasten in der ersten orthogonalen Richtung um eine Strecke bewegt, und daß die Steuereinrichtung den Grad der Bewegung der beiden Betätiger

.und die Bewegung der beiden Belastungsbetätiger in einem gewünschten Verhältnis zwischen den beiden Betätigern steuert, die die beiden Belastungsbetätiger bilden, was eine Funktion der Summe der Bewegungen der einzelnen Betätiger ist, die die beiden Betätiger bilden.

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9. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Belastungsbetätiger das Werkstück auf den gewünschten Grad in der zweiten orthogonalen Richtung ohne Bewegung dieses Werkstücks belasten, und daß die Steuereinrichtung eine zweite Einrichtung zum Abtasten der Belastung an jedem der Betätiger enthält, die die beiden Belastungsbetätiger bilden und die Belastungen steuern, die von jedem Betätiger in einem gewünschten Verhältnis zwischen den beiden ausgeübt werden, was eine Funktion der Differenz der von den Betätigern ausgeübten Belastung ist, die die beiden Belastungsbetätiger bilden.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Radspundel an einem mit Rädern versehenen Fahrzeug ist, die zum unmittelbaren Belasten an einer der orthogonalen Richtungen unzugänglich ist.

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