DE3241907C2

DE3241907C2 -

Info

Publication number: DE3241907C2
Application number: DE19823241907
Authority: DE
Inventors: Andreas Ing.(Grad.) 8047 Karlsfeld De Gollnisch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1987-10-22
Also published as: DE3241907A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs beschrieben ist.The invention relates to a test method as it is described in the preamble of the claim.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-AS 23 62 559 bekannt.Such a method is known from DE-AS 23 62 559.

Mit der Dauerfestigkeitsprüfmaschine nach der DE-AS 23 62 559 lassen sich beispielsweise Scheibenräder von Fahrzeugen auf ihre Dauerfestig keit hin überprüfen. Dabei ist das Scheibenrad fest in die Prüfmaschine eingespannt. Der Erregerstab erstreckt sich in axialer Richtung des Scheibenrades und ist mit einem Ende mit diesem fest verbunden. An seinem anderen Ende trägt der Erregerstab den Unwuchtkopf. Dreht sich der Unwuchtkopf, versucht die dadurch entstehende Zentrifugalkraft das Erregerstabende aus der axialen Ausrichtung herauszubiegen. Dieser Auslenkung setzt das prüfende Scheibenrad, bedingt durch seine Steifigkeit und seine feste Verbindung mit dem Erregerstab, einen gewissen Widerstand entgegen, das heißt, je steifer das Scheibenrad ist, desto geringer ist die Aus lenkung. Andererseits ergibt sich das auf das Scheibenrad wirkende Biegemoment aus dem Maß der Auslenkung. Je größer die Auslenkung, desto höher das Biegemoment.With the fatigue strength testing machine according to DE-AS 23 62 559 can for example Disc wheels of vehicles on their fatigue strength check. The disc wheel is firmly in the Testing machine clamped. The excitation rod extends in axial direction of the disc wheel and is with one end firmly connected to it. Carries at its other end the exciter rod the unbalance head. If the unbalance head turns, the resulting centrifugal force tries that Bend the exciter rod end out of the axial alignment. The deflection wheel sets the deflection to a certain extent due to its rigidity and its firm connection with the Excitation rod, some resistance, that is, ever the stiffer the disc wheel, the smaller the out steering. On the other hand, this results in the disc wheel effective bending moment from the amount of deflection. The bigger the deflection, the higher the bending moment.

Da der Unwuchtkopf sich dreht, erzeugt er auf dem Schei benrad ein umlaufendes Biegemoment. Über seinen Umfang werden die einzelnen Abschnitte in zeitlicher Folge nach einander beansprucht. Das auf die einzelnen Abschnitte wirkende Biegemoment ist jedoch unterschiedlich, da durch die unterschiedliche Steifigkeit des Scheibenrades die Auslenkung des Erregerstabs verschieden groß ist. Es ergibt sich an der schwächsten Stelle des Scheibenrades das größte Biegemoment.As the unbalance head rotates, it creates on the shit benrad a circumferential bending moment. About its scope are the individual sections in chronological order claimed each other. That on the individual sections acting bending moment is different, however, because of the different stiffness of the disc wheel Deflection of the excitation rod is of different sizes. It results at the weakest point on the disc wheel greatest bending moment.

Die so in das Scheibenrad eingeleitete Biegewechselbean spruchung ruft nach einer gewissen Lastwechselzahl im Material kleine Risse hervor. Durch die damit verbundene Steifigkeitsabnahme vergrößert sich die Unwuchtauslenkung und damit könnte sich das auf das Scheibenrad wirkende Biegemoment vergrößern. Es ist wünschenswert, auf den Prüfling während des ganzen Prüfvorganges ein konstantes Moment wirken zu lassen. Das wird bei dem aus der DE-AS 23 62 559 bekannten Verfahren dadurch er reicht, daß über vier am Umfang des Erregerstabs um 90° zueinan der versetzte Dehnungsmeßstreifen das maximale Biegemoment bei jedem Umlauf des Unwuchtkopfes gemessen wird. Steigt das maximale Biegemoment an, verringert ein elektronischer Regler die Drehzahl des Unwuchtkopfes.The change of bending bean thus introduced into the disc wheel stress calls for a certain number of load changes in the Material shows small cracks. Through the associated The decrease in stiffness increases the unbalance deflection and this could increase the bending moment acting on the disc wheel. It is desirable to be on the examinee throughout Testing process to have a constant moment. The is thereby in the method known from DE-AS 23 62 559 is enough that over four on the circumference of the excitation rod by 90 ° to each other the offset strain gauge shows the maximum bending moment is measured with each revolution of the unbalance head. Increases the maximum bending moment, an electronic one reduces Control the speed of the unbalance head.

Bei dem aus der DE-AS 23 62 559 bekannten Prüfverfahren wird die beim Auftreten der ersten Risse plötzlich größer werdende Auslenkung als Abschaltkriterium für die Beendigung des Prüfvorganges herangezogen. Und zwar wird die Auslenkung des Erregerstabes über zwei um 90° zueinander am Umfang versetzte berührungslose mechanisch-elektrische Meßwertaufnehmer gemessen, so daß auch eine Bahnkurve der Auslenkung, beispielsweise eine Ellipse, erfaßt werden kann. Erreicht die Auslenkung ein vorge gebenes maximales Maß, wird die Dauerfestigkeitsprüfmaschine durch einen Schalter stillgesetzt.In the test method known from DE-AS 23 62 559 the suddenly appearing when the first cracks appear Deflection as a switch-off criterion for the termination of the Test process used. And that is the deflection of the excitation rod over two circumferentially offset by 90 ° to each other non-contact mechanical-electrical transducers measured, so that also a trajectory of the deflection, for example one Ellipse, can be detected. The deflection reaches a pre given maximum dimension, the fatigue strength testing machine stopped by a switch.

Die Einstellung der aus der DE-AS 23 62 559 bekannten Meßwertauf nehmer für die Auslenkung bereitet große Mühe. Dabei muß für verschiedene Scheibenräder jeweils eine andere maximale Auslenkung, bei der abgeschaltet wird, vorgegeben werden. The setting of the measured values known from DE-AS 23 62 559 Deflection driver is very difficult. It must be for different disc wheels each have a different maximum deflection, at which it is switched off.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Prüfverfahren zu schaffen, das die obigen Nachteile ver meidet, das trotzdem die Beendigung des Prüfvor gangs in einem aussagekräftigen Stadium zuläßt und so ein besseres Abschaltkriterium liefert.It is therefore an object of the invention, a generic To create test methods that ver the above disadvantages avoids that the termination of the test permits in a meaningful stage and so provides a better switch-off criterion.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.The object is achieved with the features of Claim resolved.

Durch das Konstanthalten des maximalen Biegemoments, wird zwangsläufig das minimale Biegemoment, das an den stei festen Teilen des Prüflings wirkt, allmählich immer kleiner. Treten beim Prüfling die ersten Risse auf, fällt es in diesem Moment steil ab. Diese Stelle läßt sich nun als Abschaltkriterium heranziehen. Dabei wird am zweckmä ßigsten das minimale Moment in kleinen Zeitabständen gemessen und mit dem vorhergehenden Meßergebnis verglichen. Weicht das zuletzt gemessene Ergebnis mehr als vorgegeben vom vorherigen Ergebnis ab, wird ein Signal zum Beenden des Prüfvorgangs gegeben.By keeping the maximum bending moment constant, inevitably the minimum bending moment, which on the stei fixed parts of the device under test, gradually always smaller. If the test object shows the first cracks, falls it steeply at that moment. This place can now use as a switch-off criterion. It is on the expedient The minimum moment is measured at small intervals and compared with the previous measurement result. Gives way the last measured result more than specified by previous result, a signal to end the Given the test procedure.

Die Steuerung des Prüfvorganges übernimmt am zweckmäßig sten eine dem Prüfstand zugeordnete Elektronik. Dabei ist in vorteilhafter Weise die elektronische Einrichtung in Einschubtechnik modular aufgebaut. Die einzelnen Module, die beispielsweise die Spitzenwertmessung oder die Dreh zahlregelung vornehmen, werden über eine prüflingsspezifi sche Programmkarte miteinander verbunden. Dabei ist die Karte ebenfalls nur in das Gerät einzuschieben. Durch einfaches Wechseln der gesteckten Programmkarte wird die Anlage dem jeweiligen Prüfling angepaßt.The control of the test process takes over expediently electronics associated with the test bench. It is advantageously the electronic device in Modular slide-in technology. The individual modules, for example the peak value measurement or the rotation number regulation, are made via a specimen-specific cal program card interconnected. Here is the Also only insert the card into the device. By simply change the inserted program card System adapted to the respective test object.

Erfahrungsgemäß zeigt der Prüfling bereits nach wenigen Meßzyklen des minimalen Biegemoments ein für seine Lebens dauer charakteristisches Verhalten. Die Werte fallen stärker ab bei weniger standfesten Exemplaren und umge kehrt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man demnach schon nach wenigen Meßzyklen auf die Lebens dauer des Prüflings schließen. Durch diese Früherkennung läßt sich ebenso eine schnelle Serienüberprüfung durchfüh ren, wie auch die Kosten für den Prüfvorgang gesenkt werden können.Experience has shown that the test object shows after just a few Minimum bending moment measuring cycles for his life characteristic behavior. The values are falling stronger from less stable copies and vice versa returns. With the method according to the invention one can therefore after just a few measuring cycles on life close the duration of the test object. Through this early detection a quick series check can also be carried out ren, as well as the costs for the inspection process can be lowered.

Dauerfestigkeitsprüfmaschinen benötigen für jede Art von Prüfling einen gesonderten, auf den Prüfling abgestimmten Unwuchtkopf. Diese veschiedenen Unwuchtköpfe können durch einen einzigen ersetzt werden. Das wird dadurch erreicht, daß die Unwuchtmasse des Unwuchtkopfes aus wenigstens zwei gegeneinander um die Drehachse des Unwuchtkopfes fächerartig verschwenkbaren und in den jeweiligen Lagen festlegbaren Scheibensegmenten besteht. Dabei ist, wie bereits angedeutet, die Zahl der Scheiben segmente nicht auf zwei beschränkt. Es haben sich auch drei und mehr als zweckmäßig erwiesen.Fatigue testing machines need for each type of DUT a separate one, tailored to the DUT Unbalance head. These different unbalance heads can be replaced by a single one. It will thereby achieved that the unbalance mass of the unbalance head from at least two against each other about the axis of rotation of the The unbalance head can be swiveled fan-like and into the There are definable disc segments in the respective layers. The number of disks is, as already indicated segments not limited to two. There have also been three and more proved appropriate.

Je nach Lage der Scheibensegmente verändert sich der Unwuchtradius. Bei gleicher Zentrifugalkraft und gleicher Unwuchtmasse läßt sich so durch Ändern des Unwuchtradius die Drehzahl in einem weiten Bereich variieren. Da die Unwuchtmasse nicht verändert wird, verändert sich auch nicht die Eigenfrequenz der Prüfmaschine. Es ist dadurch möglich, die Drehzahl des Unwuchtkopfes bewußt so zu legen, daß die Prüfmaschine während des Prüfvorgangs nicht zum Schwingen angeregt wird. Eine mitschwingende Prüfmaschine würde die Meßergebnisse verfälschen.The changes depending on the position of the disc segments Unbalance radius. With the same centrifugal force and the same The unbalance mass can be changed by changing the unbalance radius the speed varies in a wide range. Since the Imbalance mass is not changed, also changes not the natural frequency of the testing machine. It is because of it possible to consciously increase the speed of the unbalance head that the testing machine is not during the testing process is made to vibrate. A vibrating testing machine would falsify the measurement results.

In der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung ist eine Prüfmaschine dargestellt, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen läßt. Die Zeichnung zeigt inIn the description below and the Drawing is shown a testing machine with which the can carry out the inventive method. The drawing shows in

- Fig. 1 die Prüfmaschine und - Fig. 1 the testing machine and

- Fig. 2 den Verlauf des Biegemomentes über der Last wechselzahl.- Fig. 2 shows the course of the bending moment over the number of load changes.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Dauerfestigkeitsprüfmaschine 1, auf dessen Tischplatte 2 ein Prüfling 3 mit Pratzen 4 befestigt ist. Bei dem Prüfling 3 handelt es sich hier um ein Scheibenrad eines Kraftfahrzeuges. Ein Erregerstab 5 verläuft in Richtung der Radachse 6 und ist mit seinem einen Ende an dem Prüfling 3 festgeschraubt. An seinem anderen Ende geht der Erregerstab 5 in einen erweiterten Abschnitt 7 über. Der Abschnitt 7 ist als Hohlzylinder ausgebildet. In ihm dreht sich ein Unwuchtkopf 8 , der durch einen Motor 9 über eine biegsame Verbindungswelle 10 angetrieben wird. Die Verbindungswelle 10 ist dabei im Deckel des Abschnittts 7 gelagert. Der Unwuchtkopf 8 teilt sich auf in drei Scheibensegmente 11, die fächerartig um die Drehachse der Verbindungswelle 10 verschwenkt und in dieser Lage festgelegt sind. Fig. 1 shows schematically a fatigue test machine 1 , on the table top 2, a test specimen 3 is fixed with claws 4 . The test object 3 is a disk wheel of a motor vehicle. An excitation rod 5 runs in the direction of the wheel axis 6 and is screwed with one end to the test object 3 . At its other end, the excitation rod 5 merges into an expanded section 7 . Section 7 is designed as a hollow cylinder. An unbalance head 8 rotates in it and is driven by a motor 9 via a flexible connecting shaft 10 . The connecting shaft 10 is mounted in the cover of section 7 . The unbalance head 8 is divided into three disk segments 11 , which are pivoted like a fan about the axis of rotation of the connecting shaft 10 and are fixed in this position.

Dreht sich der Unwuchtkopf 8, erzeugt er eine Zentrifugal kraft, die den Erregerstab 5 aus seiner Ruhelage drängt. Fig. 1 läßt das durch den gestrichelten Erregerstab 5′ erkennen. Der Erregerstab beschreibt demnach mit der Umdrehung des Unwuchtkopfes eine Kegelmantelfläche. Der Auslenkung des Erregerstabs wirkt die Steifigkeit des Prüflings 3 entgegen. Das Maß der Auslenkung und damit das auf den Prüfling 3 eingeleitete Biegemoment messen zwei am Umfang des Erregerstabes 5 angeordnete Drehnungsmeßstreifen 12. Die Dehnungs meßstreifen 12 sind um 90° zueinander versetzt angeordnet und messen die x- und die y-Komponente des Biegemoments. In einer elektronischen Schaltung, die mit 13 bezeichnet ist und mit der die Dehnungsmeßstreifen 12 über Leitungen 14 verbunden sind, werden die beiden Komponenten vektoriell addiert. Dabei registriert die elektronische Schaltung 13 bei jedem Umlauf des Unwuchtkopfes 8 sowohl das maximale als auch das minimale Biegemoment. The unbalance head 8 rotates, it generates a centrifugal force which urges the excitation rod 5 out of its rest position. Fig. 1 shows that by the dashed excitation rod 5 ' . The excitation rod describes a conical surface with the rotation of the unbalance head. The rigidity of the test specimen 3 counteracts the deflection of the excitation rod. The degree of deflection and thus the bending moment introduced to the test specimen 3 are measured by two measuring strips 12 arranged on the circumference of the excitation rod 5 . The strain gauges 12 are arranged offset by 90 ° to each other and measure the x and y components of the bending moment. In an electronic circuit, which is designated 13 and with which the strain gauges 12 are connected via lines 14 , the two components are added vectorially. The electronic circuit 13 registers both the maximum and the minimum bending moment with each revolution of the unbalance head 8 .

Das maximale Biegemoment vergleicht die elektronische Schaltung mit einem Sollwert, der an dem Eingang 15 einge geben wird. Übersteigt das gemessene Biegemoment den Sollwert, gibt die elektronische Schaltung 13 über ihren Ausgang 16 ein entsprechendes Signal an eine Drehzahlre gelung 17. Die Drehzahlregelung 17 verringert die Drehzahl des Motors 9 solange, bis das maximale Drehmoment wieder den Sollwert erreicht hat. Ein Tachogenerator 18 mißt die Drehzahl des Motors 9 und gibt ein entsprechendes Signal in die Drehzahlregelung 17.The electronic circuit compares the maximum bending moment with a target value which is entered at input 15 . If the measured bending moment exceeds the target value, the electronic circuit 13 outputs a corresponding signal to a speed controller 17 via its output 16 . The speed control 17 reduces the speed of the motor 9 until the maximum torque has reached the target value again. A tachometer generator 18 measures the speed of the motor 9 and outputs a corresponding signal to the speed control 17 .

Der Minimalwert des Biegemoments wird verglichen mit dem vorhergehenden Wert. Fig. 2 veranschaulicht das in einen Diagramm. Hier ist auf der waagerechten Achse die Lastwech selzahl aufgetragen und auf der vertikalen das Biegemo ment. Das maximale Biegemoment zeigt ein Kurvenast 20, das minimale Biegemoment ein Kurvenast 21. Wie aus dem Dia gramm ersichtlich ist, bleibt das maximale Biegemoment bei ansteigender Lastwechselzahl konstant. Das minimale Bie gemoment nimmt kontinuierlich ab, bis es einen Punkt erreicht, der mit N _x bezeichnet ist. Hier treten im Prüf ling die ersten Risse auf. Ab diesem Punkt N _x fällt der Kurvenast 21 steil ab. Die elektronische Schaltung 13 mißt bei den einzelnen Lastwechselzahlen N ₁, N ₂ usw. das jewei lige minimale Biegemoment und vergleicht es mit dem vor herigen Meßwert. Solange die Abweichung in Grenzen bleibt, läuft der Prüfvorgang weiter. Tritt die Stelle N _x auf, gibt die elektronische Schaltung 13 der Drehzahlregelung 17 das Signal, den Motor 9 abzuschalten.The minimum value of the bending moment is compared with the previous value. Fig. 2 illustrates this in a diagram. The number of load changes is plotted on the horizontal axis and the bending moment on the vertical axis. The maximum bending moment shows a curve branch 20 , the minimum bending moment shows a curve branch 21 . As can be seen from the diagram, the maximum bending moment remains constant as the number of load cycles increases. The minimum bending moment continuously decreases until it reaches a point labeled N _x . This is where the first cracks appear in the test specimen. From this point N _x the curve branch 21 drops steeply. The electronic circuit 13 measures at the individual load change numbers N ₁ , N ₂ etc. the respective minimum bending moment and compares it with the previous measurement value. As long as the deviation remains within limits, the test process continues. If the point N _x occurs, the electronic circuit 13 gives the speed control 17 the signal to switch off the motor 9 .

Claims

Method for testing the fatigue strength of workpieces on a fatigue strength testing machine, in which a rotating unbalance head loads the workpiece with a rotating bending moment via an excitation rod, in which at least two force transducers offset by 90 ° to each other measure the bending moment on the excitation rod, in which an electronic control circuit with each revolution the maximum value of the bending moment is determined and kept constant via the speed of the unbalance head and in which the switch-off of the test process is controlled by a function of the deflection of the excitation rod, characterized in that the switch-off is controlled via the minimum value of the bending moment, which at each round of the unbalance head is electronically determined and compared with the minimum value of the previous round, and that the test process is ended when the difference of the minimum values from two successive rounds rises above a predetermined value.