DE3728322A1 - Verfahren zur bestimmung der kenndaten eines gummilagers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kenndaten eines Gummilagers der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 genannten Art.

"Kenndaten" im Sinne der vorliegenden Beschreibung sind jene Daten, die das Federverhalten des Lagers insgesamt und das Rückstellverhalten der in dem Lager verwendeten Elastomerfederelemente beschreiben, insbesondere also die statische und die dynamische Kennlinie, also die Last-Federweg-Funktion des Gesamtlagers, die Federraten ausgewählter Abschnitte dieser Kennlinien sowie Daten über Lage, Gestalt und Flächeninhalt der Hysteresefläche.

Bekanntlich zeigen Gummifedern unter statischer Belastung einerseits und unter dynamischer Belastung andererseits ein voneinander deutlich verschiedenes Federverhalten. Der Dynamikfaktor, der angibt, um das Wievielfache die dynamische Federsteifigkeit größer als die statische Federsteifigkeit ist, liegt im üblichen Federhärtebereich von Elastomerfedern im Bereich von 35 bis 60 ShA zwischen 1,1 und 1,6, kann aber in einzelnen Fällen durchaus auch bei 2,0 und darüber liegen. Diese physikalischen Eigen­ schaften von Elastomerfedern, in der Praxis meist als "Gummifedern" bezeichnet, führen bei der Qualitätssicherung für Gummilager im Produktionsbereich zu beachtlichen Pro­ blemen, und zwar insbesondere dort, wo solche Lager in Großserien gefertigt werden, beispielsweise für den Automobilbau. Um das meist nichtlineare dynamische Ver­ halten eines Gummilagers qualitätssichernd beurteilen zu können, müssen in der Regel mindestens vier bis fünf Mes­ sungen bei verschiedenen dynamischen Belastungen durch­ geführt werden. Wenn die Feder dann zudem für Anwendungen bestimmt ist,bei denen sie nicht nur Belastungen in einem ver­ gleichsweise schmalen Frequenzband ausgesetzt ist, sondern ein breiteres Frequenzband abfangen soll, werden sich zudem Messungen bei mehr als nur einer Meßfrequenz empfehlen. Bezogen auf Gummilager für den Personenkraftfahrzeugbau werden die Produktionsprüflinge üblicherweise ungefähr fünf Messungen im Bereich von ungefähr 500 bis 3000 N/mm bei einer Prüffrequenz im Bereich von 20 bis 30 Hz unterzogen. Für die Durchführung dieser Prüfmessungen wird üblicher­ weise eine Zeit im Bereich von 20 bis 30 min benötigt. Ein solches Meßverfahren ist daher denkbar ungeeignet zur Qualitätsprüfung und Qualitätssicherung von Gummilagern, die in Großserie von mehreren tausend Stück pro Tag gefertigt werden.

Einen Ausweg schafft hier die Aufnahme der statischen Kennlinie des Lagers. Dabei können als hinreichend "statisch" solche Kennlinien angesehen werden, die mit einer Sinkge­ schwindigkeit des Prüfstempels von 10 mm/min oder weniger aufgenommen werden. Bei Meßwegen im Bereich von 15 bis 25 mm wird zwar zum Vermesssen eines Prüflings eine be­ deutend geringere Zeit benötigt als bei einer dynamischen Prüfung, wird jedoch andererseits noch immer eine reine Meßzeit in der Größenordnung von 2 min benötigt. Zudem müssen die so erhaltenen statischen Kenndaten auf die dynamischen Kenndaten hochgerechnet werden. Wegen der zahlreichen nichtlinearen Einflüsse sind solche Hoch­ rechnungen für die Kennlinie und die Federsteifigkeit selbst bei aufwendigem Eichdatenfeld nicht immer über­ zeugend zuverlässig und für die Hysterese kaum sinnvoll durchführbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Kenndaten eines Gummilagers zu schaffen, das wesent­ lich schneller als die bekannten Verfahren ist, und das sich daher insbesondere zum Einsatz bei der Qualitäts­ kontrolle bei der Großserienfertigung von Gummilagern eignet, und das für die Produktionsqualitätskontrolle ausreichend verläßliche Daten liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Prüfling mit einer für Gummi vergleichsweise hohen Sinkgeschwindigkeit des Prüfstempels, vorzugs­ weise einer Sinkgeschwindigkeit im Bereich von 200 bis 800 mm/min, insbesondere vorzugsweise 300 bis 500 mm/min, einmal komprimiert und unmittelbar anschließend einmal wieder entlastet wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung vereint die Vorteile beider bekannten Meßmethoden, nämlich der statischen und der dynamischen Messung, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

So weist das Verfahren gemäß der Erfindung den gegen­ über der dynamischen Messung gegebenen Vorteil der kurzen Meßzeit auf, wobei die zur Prüfmessung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erforderliche Zeit sogar noch einmal um den Faktor 30 kürzer ist als die für die statische Messung erforderliche Meßzeit, wobei jedoch Daten auf­ genommen werden, die bereits als "quasi-dynamisch" be­ zeichnet werden können, d.h., daß die aufgenommenen Feder­ steifigkeiten bereits einen Dynamikfaktor in der Größen­ ordnung um 1,1 bis 1,2 und eine Hysterese aufweisen, die fast schon der unter dynamischer Belastung auftretenden Hysterese entspricht, bzw. fehlerfrei aus Eichmessungen auf diese hochgerechnet werden kann.

Gegenüber der dynamischen Messung nach dem Stand der Technik weist das Verfahren gemäß der Erfindung vor allem den Vorteil der wesentlich kürzeren Meßdauer auf, nämlich eine Meßdauer, die um den Faktor 100 bis 200 kürzer ist als bei den bekannten dynamischen Messungen, die dabei aber,wie vorstehend bereits dargestellt, Daten liefert, die selbst schon als quasi-dynamisch gelten kön­ nen und fehlerfrei aus Eichkurven auch für die Hysterese auf das rein dynamische Verhalten hochgerechnet werden können.

Mit anderen Worten, das Verfahren gemäß der Erfindung er­ laubt bei einer Meßdauer von rund 15 s in einem einzigen Zyklus Kompression/Rückstellung die Aufnahme einer Lager­ kennlinie, die mit einem Dynamikfaktor von wenig über 1, meist im Bereich um 1,1, bereits schon als "quasi-­ dynamisch" bezeichnet werden kann und auch bei ausgeprägt nichtlinearem Kennlinienverlauf, selbst bei nichtstetigem Kennlinienverlauf, eine sichere Prüfung des dynamischen Verhaltens des Lagers ermöglicht, andererseits aber aus­ reichend "statisch" ist, um fehlerfrei und sicher prüfen zu können, ob eine "gemessene" statische Kennlinie inner­ halb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt also darin, innerhalb eines Meßzyklus von rund 15 s die statische Kennlinie, die dynamische Kennlinie, die Hysterese und die Federsteifigkeit eines Gummilagers fehlerfrei und sicher prüfen zu können. Das Verfahren gemäß der Erfin­ dung ermöglicht damit erstmals eine hundertprozentige Prüfung der Produktionsqualität von Gummilagern und Gummifedern selbst dann, wenn diese in Serienfertigung mit großer Stückzahl hergestellt werden.

Die Computer-Auswertung der gemäß dem Verfahren der Er­ findung aufgenommenen quasi-statischen - quasi-dynamischen Kennlinie erfolgt vorzugsweise an wenigen zuvor ausge­ wählten markanten Abschnittsbereichen der Kennlinie, meist 4, 5 oder 6 vorbestimmten Abschnitten, so daß die bei der automatischen Serienprüfung vom Computer ermittelten Kenndaten des geprüften Lagers bereits zur Steuerung einer Auswurfweiche nach der Übergabe des Prüflings von der Meßstation auf ein Transportband zur Verfügung stehen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellung die

Fig. 1 die Ermittlung der Federrate bzw. der Federsteifigkeit von ausge­ wählten Abschnitten einer aufge­ nommenen Kompressionskennlinie; und

Fig. 2 Istwerte und Toleranzfeldwerte der Ordinatenbreite der Hysteresefläche der in Fig. 1 gezeigten Kennung.

In der Fig. 1 ist die mit einer Sinkgeschwindigkeit des Prüfstempels von 350 mm/min über eine Einsinktiefe von 16 mm aufgenommene stark nichtlineare Federkennlinie als "statische" Kennlinie, also als Last-Federweg- Funktion, dargestellt, bei der auf der Ordinaten die Last, auf der Abszisse der Federweg aufgetragen sind. Dargestellt sind in der Fig. 1 fünf ausgewählte Abschnitte der Gesamtkennlinie, die durch zehn, in der Fig. 1 durch einen Kreis gekennzeichnete Meßpunkte, definiert sind, zwischen denen die quasi-statische Federsteifigkeit durch lineare Interpolation ermittelt wird. Durch eine Division der so erhaltenen Federsteifigkeiten durch den zuvor an­ hand von Eichversuchen festgestellten Dynamikfaktor von 1,1 werden fehlerfrei die entsprechenden statischen Federsteifigkeiten erhalten, die dann in üblicher Weise mit den vorgegebenen Solldaten verglichen werden und zur Ableitung von Steuersignalen für den automatischen Pro­ duktionsablauf des Lagers herangezogen werden können. Gleichzeitig kann aus der absoluten Lage der zehn Meß­ punkte abgeleitet werden, ob die am Prüfling aktuell gemessene Kennlinie im Bereich der vorgegebenen Produk­ tionstoleranz liegt.

Da nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ein vollständi­ ger, aus einer Kompression und einer Rückstellung beste­ hender Verformungszyklus gemessen werden, kann für jeden ausgewählten Federweg die Ordinatenbreite der Hysterese­ fläche und im Einzelfall ihre Lage innerhalb eines vor­ gegebenen Toleranzfeldes gemessen und geprüft werden. In der Fig. 2 sind die Meßwerte wiederum durch Kreise, die Grenzen des Toleranzfeldes durch Querstriche, dar­ gestellt. Für die in Fig. 1 gezeigte Kennlinie ist die Überprüfung der Lage der Hysteresefläche innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes an fünf Meßpunkten dargestellt, wobei diese fünf Meßpunkte mit den Meßpunkten identisch sind, die dem jeweils längeren Federweg der Meßpunktpaare für die Bestimmung der Federsteifigkeit gemäß Fig. 1 entsprechen. Da insbesondere die Breite der Hysterese­ fläche ein empfindlicher Indikator für die chemisch-physi­ kalische Materialbeschaffenheit der Lagerfeder ist, kann also mit der einen einzigen Messung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur der vorstehend beschriebene Federdatenkennsatz ermittelt werden, sondern kann weiter­ hin auch die Fehlerfreiheit des zur Herstellung des Lagers verwendeten vulkanisierten Elastomers geprüft werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung eröffnet damit also erstmals die Möglichkeit einer vollautomatischen hunderprozentigen Qualitätskontrolle von in großen Stückzahlen produzierten Gummilagern.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung der Kenndaten eines Gummilagers unter fortlaufender Registrierung der Last-Federweg-Funktion, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling mit einer für Gummi vergleichsweise hohen Sinkgeschwindigkeit des Prüfstempels einmal komprimiert und unmittelbar anschließend einmal wieder entlastet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinkgeschwindigkeit im Bereich von 200 bis 800 mm · min^-1 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinkgeschwindigkeit im Bereich von 300 bis 500 mm · min^-1 liegt.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur gleichzeitigen Bestimmung der statischen Feder­ rate und der Breite der Hysteresefläche in Richtung der Ordinaten in ausgewählten Abschnitten der Gesamtkenn­ linie.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Elastomerlagern.