DE3712180C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DD 2 16 317 bekannt. Die technische Aus­ gestaltung der Erfindung bezweckt die Untersuchung von Blattfedern.

Eine Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von ins­ besondere Schraubenfedern auf Resonanzbasis ist aus der DD 2 16 317 als nächster Stand der Technik bekannt. Dort wird ein Schwingsystem beschrieben, bei dem eine verän­ derbare Masse, die zugleich den Anker für einen elektro­ magnetischen Antrieb bildet, oszillierend zwischen zwei gegenphasig schwingenden Schraubenfedern geführt wird.

Die im DD 2 16 317 beschriebene Prüfmaschine ist vorran­ gig für wenig gedämpfte Federsysteme mit relativ großer Amplitude geeignet, der Einsatz erfolgt daher vorzugs­ weise für Schraubenfedern. Ein deutlicher Nachteil be­ steht darin, daß die Massenkräfte nicht ausgleichbar sind, dadurch ist ein aufwendiges Fundament erforder­ lich.

Das Vorspannen einer Blattfeder durch eine mittig aufgebrachte Last wird in DE-AS 25 33 373 im Prinzip be­ schrieben.

Die Ausnutzung des Resonanzeffektes für Prüfzwecke ist in der Schwingphysik bekannt und wird u. a. in DE-OS 31 15 903 beschrieben, dort allerdings zur Dauer­ festigkeitsprüfung dünner Drähte mittels Longitudinal­ schwingungen. Auch US 45 39 845 beschreibt einen Prüf­ stand, wo Prüflinge wie z. B. Kurbelwellen in der Eigen­ frequenz auf Materialermüdung untersucht werden.

Die Schwingfestigkeit von Blattfedern wird derzeit ent­ weder mit Exzenterprüfständen oder auf geregelten servo­ hydraulischen Prüfanlagen experimentell untersucht. Üb­ licherweise wird die Last in der Federmitte eingeleitet und an den Federenden unter möglichst wirklichkeitsnahen Einspannbedingungen abgenommen.

Blattfedern müssen während der Betriebsbeanspruchung eine große Anzahl von Lastspielen ertragen. Um die Schwingfestigkeit von Blattfedern auf experimenteller Basis beurteilen zu können, müssen deshalb im Versuch viele Lastspiele aufgebracht werden. Exzenterprüfstänge benötigen dazu wegen der durch die nicht ausgleichbaren Massenkräfte begrenzten Prüffrequenz häufig unvertretbar lange Versuchslaufzeiten. Außerdem muß der Antrieb für die Überwindung des Totpunktes beim Anfahren erheblich stärker ausgelegt werden, als das für den stationären Versuchsbetrieb notwendig ist. Reale Betriebsbelastungen bestehen darüber hinaus nicht aus konstanten, sondern aus variablen Lastamplituden, die von Extenterprüfständen ebenfalls nicht simuliert werden können.

Mit servohydraulischen Prüfständen lassen sich zwar die im Betrieb an Blattfedern auftretenden variablen Bela­ stungen simulieren, diese Anlagen sind jedoch wegen ihres hohen Energiebedarfs sehr kostspielig im Betrieb.

Ausgehend von der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Prüfmaschine zur Prüfung von Blattfedern mit kon­ stanten und variablen Schwingungsamplituden bei möglichst hoher Prüffrequenz zu entwickeln, die sich zusätzlich durch geringen Energiebedarf und große Laufruhe auszeich­ net.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung:

1 Blattfedern (Prüflinge)
2 Schwingarme
3 verstellbares Querhaupt
4 Lagerung der Schwingarme mit Einleitung der Torsionskräfte
5 Antrieb
6 Blattfedereinspannung
7 Zusatzmassen zur Abstimmung
8 Winkelgeber
9 Kraftmeßgeber.

Vier gleiche Blattfedern 1 werden entsprechend der Figur paarweise zwischen zwei Schwingarme 2 angeordnet und mit einem Querhaupt 3 vorgespannt, wodurch die statische, durch das Fahrzeug verursachte Einfederung simuliert wird.

Die beiden Schwingarme 2 mit den dazwischengespannten Blattfedern 1 bilden ein Schwingsystem. Durch einen Tor­ sionsschwingungserreger 5 (z. B. Hydromotor) wird das Blattfederschwingsystem so in Resonanz erregt, daß beide Arme gegenphasi schwingen. Bei schwach gedämpften Blatt­ federn (z. B. Einblattfedern) genügt der Antrieb eines der beiden Schwingarme, der andere schwingt dann automa­ tisch in der Gegenphase.

Bei stark gedämpften Blattfedern entsteht bei nur ein­ seitiger Torsionserregung zwischen beiden Schwingarmen eine Phasenverschiebung, die von der Größe der Dämpfung abhängt. Um auch in diesem Fall eine Gegenphase zu er­ zwingen, muß am zweiten Schwingarm ebenfalls ein Antrieb vorgesehen werden, wie in der Figur dargestellt.

Um die Wippbewegung zu ermöglichen und um deren Einspann­ punkt der Blattfedern momentfrei mit dem Schwingarm zu verbinden, werden die Blattfedern an den Einspannstel­ len 6 gelagert.

Durch die an den Enden der Schwingarme befestigten Zu­ satzmassen 7 kann die Resonanzfrequenz und damit die Prüffrequenz in weiten Bereichen beeinflußt werden. Ver­ änderliche Massen zur Abstimmung eines Schwingsystems sind in der Schwingphysik bekannt, auch die DD 2 16 317 beschreibt sie.

Durch das gegenphasige Schwingen der beiden Schwingarme und der zwischengespannten Blattfedern heben sich die Massenkräfte nach außen auf, der Prüfstand läuft ruhig und stellt nur geringe Anforderungen an das Fundament. Die erforderliche Antriebsleitung und die Antriebskraft sind gering, da die Resonanzüberhöhung ausgenutzt wird.

Der Drehwinkel der Schwingarme wird über Winkelgeber 8 meßtechnisch ermittelt und ist ein Maß für den Ist-Wert der Wegamplitude der Blattfedern. Der Ist-Wert der Weg­ amplitude wird in einem geschlossenen Regelkreis unter Berücksichtigung der Resonanzbedingung geregelt. Je nach Untersuchungszweck können konstante oder variable Ampli­ tuden im Prüflauf gefordert sein. Im ersten Fall wird dem Amplitudenregler ein konstanter Soll-Wert vorgegeben. Im zweiten Fall können dem Amplitudenregler, z. B. durch einen Rechner, veränderliche, auf die Dynamik des Schwingsystems abgestimmte Soll-Werte vorgegeben werden. Mit den veränderlichen Soll-Werten kann ein vorgegebenes Prüfprogramm kontrolliert gefahren werden; ebenso ist es möglich, mit zufallsartig modulierten Amplituden belie­ bige, jedoch definierte Häufigkeitsverteilungen zu fah­ ren. Damit lassen sich die verschiedenen, im praktischen Einsatz auftretenden Belastungsprofile realitätsnah simu­ lieren.

Mit der beschriebenen Prüfmaschine können auch statische und dynamische Federkennlinien (Kraft über Weg) aufge­ nommen werden. Dazu muß am Befestigungspunkt der beiden gegeneinander verspannten Blattfedern ein Kraftmeßgeber 9 angebracht werden, wie es im Prinzip in DE-AS 25 33 373 beschrieben ist. Bei der Aufnahme dynamischer Kennlinien wird der Weg über die Winkelgeber ermittelt, bei stati­ scher Kennlinie wird das Querhaupt verstellt und der Verstellweg meßtechnisch ermittelt.

Claims (4)

1. Prüfmaschine zur Untersuchung der Schwingfestigkeit von Federn mit einem Antrieb, der zwei Gruppen von Federn so in Schwingungen versetzt, daß sie in Reso­ nanz gegenphasig schwingen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus zwei Blattfedern (1) besteht, daß beide Gruppen zwischen zwei drehbar gelagerten Schwingarmen (2) verspannt sind und daß auch die Schwingarme (2) gegenphasig schwingen.

2. Prüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei schwach gedämpften Blattfedern nur einer der beiden Schwingarme angetrieben wird.

3. Prüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei stark gedämpften Blattfedern beide Schwing­ arme angetrieben werden.

4. Prüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Sollwertvorgaben am Antrieb sowohl konstante als auch gesteuert variable als auch stochastisch variable Verformungswege gefahren werden können.