DE3419546C2

DE3419546C2 - Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktlage eines Prüfkörpers

Info

Publication number: DE3419546C2
Application number: DE19843419546
Authority: DE
Inventors: Hans-H. Dipl.-Ing. Dr. 7054 Korb Schüßler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE3419546A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktlage eines Prüfkörpers, bei dem dieser auf eine Aufnahmeplatte mit unterseitig angebrachten lagedefinierten Auflagefüßen aufgelegt wird. Die Aufnahmeplatte ist unter Zwischenschaltung von Kraftmeßdosen auf den Tisch eines Koordinatenmeßgerätes aufgelegt. Die zunächst noch undefinierte Relativlage des Prüfkörpers zur Aufnahmeplatte kann mit dem Koordinatenmeßgerät ermittelt werden. Aus der Lageverteilung der Auflagefüße relativ zum Prüfkörper und aus den jeweils zugehörigen Auflagekräften kann die Schwerpunktlage errechnet werden. Eine Reihe von zweckmäßigen konstruktiven Ausgestaltungen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte wird angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktlage eines Prüfkörpers nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 27 46 346 als bekannt hervorgeht

Eine andere etwas einfachere vorbekannte Einrichtung gemäß der DE-PS 8 94 921 dient zur Bestimmung der Schwerpunktlage an Fahrzeugen, die sehr kompliziert aufgebaute Körper sind, bei denen sich aus den geometrischen Abmessungen und dem spezifischen Gev/icht seiner Einzelteile nicht die Schwerpunktlage errechnen läßt. Dort werden an den Rädern des Fahrzeuges Kraftmeßdosen unterlegt und aus den einzelnen Radkräften und der bekannten Lage der Räder relativ zum Fahrzeug die Schwerpunktlage errechnet. Insbesondere bei Lastflugzeugen muß die Schwerpunktlage beim Beiaden überwacht werden, damit nicht durch eine ungleiche Beladung eine außermittige Schwerpunktlage entsteht.

Die eingangs genannte DE-OS 27 46 346 zeigt eine Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktlage und Kippsicherheit von Fahrzeugen für die Landwirtschaft bzw. für die Bauwirtschaft, die selbstverständlich auch für andere Fahrzeuge oder große Körper geeignet ist. Die Prüfkörper-Aufnahmeplatte ist hierbei eine im Boden verlegte Platte nach Art einer Fahrzeugwaage, auf die das hinsichtlich Schwerpunktlage zu überprüfende Fahrzeug drauffährt und in bestimmter Lage auf dieser Platte festgezurrt wird. Um die einzelnen Radauflagedrücke isoliert voneinander erfassen zu können, ist die Prüfkörper-Aufnahmeplatte in insgesamt vier Segmente unterteilt, entsprechend der Anzahl der Fahrzcugräder, wobei jedes einzelne rechteckige Segment an den einzelnen Ecken gesondert mit Kraftmeßdosen bestückt ist. Die Schwerpunktlageermiulungkann dann in unterschiedlichen Schräglagen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte erfolgen. Und zwar können die einzelnen Raddrücke nicht nur in Horizontallage der Prüfkörper-Aufnahmeplatte, sondern auch in unterschiedlichen Schwenklagen ermittelt werden. Die Prüfkörper-Aufnahmeplatte kann — ähnlich wie die Pritsche eines Dreiseitenkippers um die Längsseiten der rechteckigen Prüfkörper-Aufnahmeplatte mittels eines unterseitig in der Mitte angeordneten Hydraulikstempels gekippt werden. Zwar ist diese Art der Lageermittlung des Schwerpunktes auch auf andere kompliziert aufgebaute Prüfkörper, wie zum Beispiel Verbrennungsmotoren anwendbar. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß bei unregelmäßig geformten Prüfkörpern die Relativlage der Auflagestellen relativ zum Prüfkörper unbekannt sind. In solchen Fällen ist diese Methode nicht oder nur mit unvertretbar hohem zusätzlichen Aufwand anwendbar.

Ähnliche Überlegungen gelten auch für eine andere Einrichtung zur Schwerpunktlageermittlung gemäß der US-PS 27 82 631. Diese Druckschrift zeigt eine schaukelartige Pendeleinrichtung zur Schwerpunktlageermittlüng, bei der der Prüfkörper auf der Schäukelplattform so definiert mittels Schraubspindeln verschoben werden kann, daß die Schaukel genau vertikal hängt, der Schwerpunkt des Prüfkörpers sich also genau unterhalb der Schwenkachse der Schaukel befindet. Die verschiebbare Schaukelplattform ist mit einer Meßscala versehen, die es gestattet, die Verschiebelage genau

quantitativ zu erfassen. Nachteilig ist — wie gesagt — auch hier, daß bei unregelmäßig geformten Prüfkörpern mit Undefinierter Auflage die Relativlage zwischen Prüfkörper und Unterlage nicht erfaßt werden kann.

Eine weitere Einrichtung zur Schwerpunktlageermittlung von Prüfkörpern zeigt die DE-OS 33 06 187. Und zwar soll durch diese Einrichtung der Schwerpunkt bezüglich sämtlicher drei Raumrichtungen gleichzeitig ermittelt werden können. Zu diesem Zweck besteht die Prüfkörper-Aufnahmeeinrichtung aus insgesamt drei Einzelkomponenten, die aufeinander gelagert sind, und deren Einzelkomponenten jeweils um eine räumlich unterschiedlich liegende Achse schwenken bzw. kippen können, wobei jedoch eine Kippung durch eine Einfügung einer Kraftmeßeinrichtung verhindert wird. Auf diese Weise werden die einzelnen unterschiedlichen Raumrichtungen zuzuordnenden Komponenten erfaßt Nachteilig ist auch bei dieser Einrichtung, daß die Relativlage unregelmäßig geformter Werkstücke mit nicht definierten Auflagepunkten auf der Prüfkörper-Aufnahrneeinrichtung nicht definiert ist, so daß die Verwendung dieser bekannten Einrichtung ebenfalls :ür unregelmäßig geformte Werkstücke versagt

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsmäßig zugrundegelegte Einrichtung zur Schwerpunktlageermittlung dahingehend auszugestalten, daß sie auch für unregelmäßig geformte Werkstücke mit nicht definierten Auflagepunkten einfach und sicher anwendbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der auf einem Koordinatenmeßgerät unter Zuhilfenahme einer Prüfkörper-Aufnahmeplatte mit Kraftmeßdosen ausgeführten Schwerpunktlageermittlung kann diese auch bei Undefinierter Lage des Prüfkörpers auf der Aufnahmeplatte relativ leicht und einfach durchgeführt werden. Es braucht lediglich die Relativlage des Prüfkörpers relativ zu den Kraftmeßdosen der Aufnahmeplatte ermittelt zu werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unte.ansprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfo!£end noch erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 den Meßaufbau zur Schwerpunktlageermittlung innerhalb eines Koordinatenmeßgerätes in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 eine Stirnansicht der Anordnung nach F i g. 1 bei horizontaler Lage der Aufnahmeplatte und des Prüfkörpers,

F i g. 3 eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 2 mit geneigter Auflagerung der Aufnahmeplatte und des Prüfkörpers auf dem Tisch des Mehrkoordinatenmeßgerätes und

Fig.4 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Auflagefuß der Aufnahmeplatte nach F i g. 1.

Das in Fig. 1 gezeigte Koordinatenmeßgerät 1 enthält einen stillstehenden Tisch 2, an dessen Längsseiten beiderseits Längsführungen 3 für ein Portal 4 vorgesehen sind. An der Oberseite des Portals ist eine Querführung 6 für einen Schlitten 5 angebracht, in dem eine Pinole 7a vertikal beweglich geführt ist. Am zugehörigen Tastkopf Tb ist ein Taster mit einer Tastkugel 8 angebracht. Die von der Tastkugel angetasteten Prüfkörperpunkte können hinsichtlich aller drei Raumkoordinaten genau ermittelt werden.

Auf dem Tisch des Koordinatenmeßgerätes ist eine Prüfkörper-AufnahmeplülVe 112 aufgelegt, die zur statisch eindeutigen Auflagerung drei Auflagefüße 15 trägt, mit denen sie unter Zwischenschaltung von Kraftmeßdosen 13 auf dem Tisch 2 horizontal aufliegt Auf der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 12 liegt der Prüfkörper 9 mit ebenfalls drei Auflagestellen 10 auf, wobei die Relativlage des Prüfkörpers 9 zur Aufnahmeplatte 12 Undefiniert und zunächst auch unbekannt ist Der zu ermittelnde Schwerpunkt des Prüfkörpers ist mit 11 bezeichnet

Auch die Relativlage der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 12 auf dem Tisch 2 ist nicht definiert und ebenfalls unbekannt; diese Relativlage ist auch nebensächlich. Wichtig ist lediglich die Relativlage der Auflagefüße 15 zum Prüfkörper 9. Zu diesem Zweck sind an der Prüfkörper-Aufnahmeplatte Antastflächen in Form von Konussenkungen 14 angebracht, die eine definierte Relativlage zu den Auflagefüßen 15 haben und die mittels des Koordinatenmeßgerätes lagemäßig ermittele werden können. Anschließend kann auch die Lage des Prüfkörpers und somit dessen Reiativlage zu den Antastflächen bzw. zu den Auflagefüßen und Kraftmeßdos?· gemessen werden. Nachdem durch entsprechende N\;!!ung die auf die Kraftmeßdosen 13 jeweils entfallenden Eigengewichtsanteile der Prüfkörper-Aufnahmeplatte eliminiert sind, kann nach der bekannten Methode aus der Relatwlage der Auflagefüße 15 zum Prüfkörper und aus den zugeordneten Auflagekräften die Schwerpunktlage errechnet werden.

Bei einer Dreipunkt-Auflage der Prüfkörper-Aufnahmeplatte liegt diese zwar in jedem Fill statisch bestimmt auf, jedoch ist es denkbar, daß die Oberfläche 21 der Prüfkörper-Aufnahmeplatte nicht genau horizontal ausgerichtet ist Um eine solche genaue Horizontalausrichtung ermöglichen zu können, ist vorgesehen, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mit drei Auflagefußen zwei von ihnen höhenverstellbar sind, wie dies in Fig.4 an einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Zur Erleichterung der Horizontalausrichtung sind mehrere Präzisionslibellen 20 in die Oberseite der ^Drüfkörper-Aufnahmeplatte eingelassen. Da eine Dreipunkt-Auflage nicht besonders standsicher ist, kann vorteilhafterwei >; auch eine Vjerpunkt-Auflage für die Prüfkörper-Aufnahmeplatte vorgesehen werden. Hier ist es bereits zur Erreichung einer eindeutigen und gleichmäßigen Auflage aller vier Auflagefüße vorteilhaft, wenn lediglieh einer der Auflagefüße höheneinstelloar ist. Jedoch ist auch hier zur exakten Horizontalausrichtung eine Höheneinstellmöglichkeit an drei Auflagefüßen nötig.

Um trotz einer Höheneinstellung eines Auflagefußes die Relativlage zwischen der zugehörigen Antastfläche, beispielsweise der Konussenkung 14 einerseits und dem Auflagefuß 15 andererseits nicht zu verändern, ist vorgesehen, daß der Auflagefuß und die zugehörige Antastfläche eine bauliche Einheit 16 bilden, die gemeinsam höhenverstellbar angeordnet ist.

Um eine stets kpmungsfreie und definie/tP Auflage der Auflagefüße 15 auf ihrer Unterlage, beispielsweise auf den Kraftmeßdosen 13 zu gewährleisten, ist die Unterseite der Auflagefüße kugelförmig oder in Form einer Kugelkalotte Ij ausgebildet. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Konussenkung 14 derart !konzentrisch zur Kugelkalotte 18 angeordnet Ist, daß eine in die Könussenkung eingesenkte Twistkugel mit ihrem Mittelpunkt genau im Mittelpunkt 19 der Kugelkalotte liegt Dadurch wird ungeachtet einer etwaigen schrägen Aufstellung des Auflagefußes auf einer Unterlage die Reiativlage zwischen dem tatsächlichen Auflagepunkt am Auflagefuß und der Konussenkung stets beibehalten; komplizierte Winkelrechnungen oder der-

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gleichen können zur Lageermitllung der Auflagepunkte vermieden werden. Um auch bei einer Schräglagerung der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 12 die Errechnung zu erleichtern, ist es zweckmäßig, wenn der Mittelpunkt 19 der Kugeikalotte wenigstens angenähert an der Oberfläche 21 der Prüfkörper-Aufnahmeplatte liegt. Eine Schrägaufstellung der Prüfkörper-Aufnahmeplatte und des Prüfkörpers 9 zeigt beispielsweise Fig.3. Hierzu sind unter den Kraftmeßdosen 13 rechts und links unteres I schiedlich hohe Unterbauungen in Form von verschiedenen Distanzzylindern 23 bzw. 23' vorgesehen. Der Sinuswert des Neigungswinkels ergibt sich aus der Höhendifferenz der beiden Kugelkalotten rechts und links und ihrem Abstand auf der Prüfkörper-Aufnahmeplatte 12. wobei diese beiden Maße ins Verhältnis zueinander zu setzen sind. Zwar wird auch bei einer geneigten Aufstellung des Prüfkörpers die Schwerpunktlage innerhalb seiner in Schwerkraftrichtung gesehenen Projektion ermiiteh; jedoch kann gemeinsam inii einer horizontal ermittelten Schwerpunktlage die Höhenlage des Schwerpunktes errechnet werden. Auch die dafür erforderlichen Rechenoperationen sind an sich bekannt.

Um beim Lagern oder Undefinierten Absetzen der Prüfkörper-Aufnahmeplatte die empfindliche Unterseite der Auflagefüße !5 nicht unnötig zu belasten oder zu verkratzen, ist die Unterseite 22 der Prüfkörper-Aufnahmeplatte außerhalb der Auflagefüße tiefer gezogen als deren Unterkante. Dadurch steht beim Ablegen oder Lagern der Prüfkörper-Auflageplatte 12 diese auf ihrer Unterseite 22, nicht jedoch an den Auflagefüßen 15 auf. Wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, das Absenkungsmaß a weniger als die Bauhöhe h der Kraftmeßdosen 13 beträgt, kann eine sichere Auflagerung der Prüfkörper-Aufnahmeplatte auf den Auflagefüßeti 15 durch Unterschieben der Kraftmeßdosen gewährleistet werden.

Zweckmäßigerweise ist die Prüfkörper-Aufnahme-•Msits rnit einem Metz von Gewindebohrun^ün oder T-förmigen Nuten zum Anschrauben von Zusatzteilen ausgestattet. Diese können notwendig sein, um auch unregelmäßig geformte Prüfkörper kippsicher auf die Aufnahmeplatte aufsetzen zu können. Beispielsweise haben normalerweise Brennkraftmotoren in ihrem unteren Bereich keine definierten Auflagepunkte, weshalb derartige Prüfkörper nur über Distanzstücke od-ir Stützkörper an einzelnen Punkten aufgelegt werden können. 45 . - ■. ■ Um auch eine Schwerpunktlage-Ermittlung unter Schräglage zu ermöglichen, müssen diese Zusatzteile fest mit der Aufnahmeplatte verschraubt werden. Selbstverständlich wird man derartige Zusatzteile vor

der eigentlichen Messung ebenfalls gemeinsam mit dem 50 ''; ' *_e

Eigengewicht der Pi üfkörper-AufnahmepIatte austarie- ' . '' M

ren bzw. eliminieren. H

Bei Prüfkörpern wie z. B. Brennkraftmotoren mit einer vorne und hinten aus dem Prüfkörper austretenden Welle besteht auch die Möglichkeit, eine Aufnahmevor-

richtung an der Prüfkörper-Aufnahmeplatte vorzuse- '

hen. in der der Prüfkörper um eine horizontale Achse ;

schwenkbar aufnehmbar ist. Es kann dann eine Schwer- ;

punktlageermittlung in zwei unterschiedlich definierten ^:

Winkellagen vorgenommen werden. Dadurch kann die 6O ;

Höhenlage des Schwerpunktes besonders leicht ermit- j

tek werden. Insbesondere, wenn der Schwenkwinkel !

90° ist, ergibt sich nicht nur eine relativ einfache Berech- ^s

nung, sondern wegen des großen Schwenkwinkels auch ί

eine genaue Lageermittlung. S5

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittlung der Schwerpunktlage eines Prüfkörpers innerhalb einer in Schwerkraftrichtung gesehenen Pojektion, mit einer Prüfkörper-Aufnahmeplatte mit unterseitig daran angebrachten lagedefinierten Kraftmeßdosen, wobei aus der Lageverteilung der Auflagestellen und aus den jeweils zugehörigen Auflagekräften die Schwerpunktlage berechenbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) auf einen Tisch (2) eines Koordinatenmeßgerätes (1) auflegbar ist, wobei die auf die Kraftmeßdosen (13) jeweils entfallenden Eigengewichtsanteile der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) durch entsprechende Nullung eliminierbar sind und wobei die zunächst Undefinierte Relativlage des Prüfkörpers (9) zur Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) mittels definierter Antastflächen (14) at» der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12), deren Reiativiage zu den Kraftmeßdosen (13) bekannt ist, mit dem Koordinatenmeßgerät (1) ermittelbar ist-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich wenigstens eines Aufsteilfußes (15), vorzugsweise bezüglich allen außer einem Aufstellfuß, der Aufstellfuß (15) und die zugehörige Antastfläche (14) eine höhenverstellbar an der Prüfkörper-AufnahniepIatte (12) angeordnete Einheit (16) bilden.

3. Einricht.ng nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dip Prüfk^rper-Aufnahmeplatte (12) mit wenigsten einer Präzisionslibelle (20) zur Horizontalausrichtung versehen st.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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Form von Konussenkungen (14) ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefüße (15) als Kugel- oder Kugelkalottenfüße (18) ausgebildet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konussenkung (14) derart konzentrisch zur Kugelkalotte (18) des Aufstellfußes (15) angeordnet ist, daß eine in die Konussenkung (14) eingesenkte Tastkugel (8) mit ihrem Mittelpunkt genau im Mittelpunkt (19) der Kugelkalotte (18) liegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (19) der Kugelkalotte (18) wenigstens angenähert in der Oberfläche (21) der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) liegt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (22) der Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) außerhalb der Auflagefüße (15), vorzugsweise um weniger als die Bauhöhe (h)der Kraftmeßdosen (13), tiefer gezogen ist (Absenkungsmaß a), als die Unterkante der Auflagefüße (15,18).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) Zusatzteile zur kippsicheren Auflage eines unregelmäßig geformten Prüfkörpers enthält.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper-Aufnahmeplatte (12) eine Aufnahmevorrichtung enthält, in der der Prüfkörper um eine horizontale Achse und

um einen definierten Winkel, vorzugsweise um 90° schwenkbar aufnehmbar ist.