DE3807065A1 - Einrichtung zur untersuchung des bruchverhaltens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung von Fahrzeugrädern gemäß Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Die in der Praxis benutzten Einrichtungen (SAE-, MIRA- IMPACT-TEST) dieser Art weisen eine senkrechte Führungsvor­ richtung auf, in der sich eine Fallmasse befindet. Die Füh­ rungsvorrichtung besteht bei diesen Einrichtungen aus zwei Führungsschienen zwischen denen eine, in Form eines Blockes ausgebildete, Fallmasse geführt wird. Bei senkrechtem Fall und der seitlichen Führung der Masse führt dieselbe Pendel­ bewegungen aus und verkantet sich in der Führung. Wird die Fallmasse vorgespannt, so tritt das Verkanten verstärkt auf. Dies ist nachteilig. Die Fallmasse hat ein Gewicht von etwa 1 Tonne, was zu großen Abmessungen der bekannten Ein­ richtungen führt. Die Fallmasse beaufschlagt das Unter­ suchungsobjekt aus einer Höhe von etwa 30 cm. Infolge der durch die hohe Masse bedingten geringen Höhe, können nur geringe Fallgeschwindigkeiten erreicht werden. Dies ist nicht praxisgerecht. Eine praxisgerechte Untersuchung verlangt weitaus höhere Geschwindigkeiten. Mit den bekannten Einrichtungen kann zudem nur ein Bereich der in der Fahrpraxis vorkommenden Belastungsarten simuliert werden. Die Aufspannvorrichtung ist in Bereichen über 90 Grad instabil und somit können seitliche Belastungen, die außerhalb dieses Bereiches liegen, nicht simuliert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einrich­ tung so auszugestalten, daß bei herstellungstechnisch ein­ facher und gebrauchsvorteilhafter Bauform eine praxisnahe Untersuchung des Bruchverhaltens unter Berücksichtigung hoher Geschwindigkeiten durchgeführt werden kann.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Haupt­ anspruches angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Zur Folge dieser Ausgestaltung ist eine Einrichtung ver­ wirklicht, welche eine wirklichkeitsnahe Untersuchung des Bruchverhaltens von Fahrzeugrädern, Radnaben und Achsschen­ keln ermöglicht. Mit der Einrichtung können solche Be­ lastungsarten, wie sie beim Fahren über Bordsteine, Schlag­ löcher oder unebene Fahrbahnen auftreten, simuliert werden. Die geneigte und in ihrem Neigungswinkel verstellbare Füh­ rungsvorrichtung erlaubt eine genaue Untersuchung von seit­ lichen Belastungen. Auch extreme Belastungsarten, wie sie z.B. beim Durchfahren von Weichenzungen und Kreuzstücken durch Weichenstöße auf die Schienenräder entstehen, können mit der erfinderischen Einrichtung untersucht werden. Durch eine variable Einstellung des Neigungswinkels der Führungs­ vorrichtung kann die Hauptwirkungsrichtung der Aufprall­ kraft im Bereich von 0 bis 180 Grad untersucht werden, ohne daß die Aufspannung im Bereich über 90 Grad instabil wird.

Das Erreichen einer hohen Fallgeschwindigkeit ist mit der erfinderischen Einrichtung ohne weiteres möglich. Durch die Neigung der Führungsvorrichtung liegt die Fallmasse auf der unteren Bahn derselben. Ein Verkanten der Masse in der Füh­ rungsvorrichtung ist dadurch verhindert. Die Führungsvor­ richtung kann beliebig verlängert werden. Zwecks Verringe­ rung der Reibung und Verbesserung der Führung der Fallmasse in der Führungsvorrichtung ist diese innenseitig mit Paa­ ren von Gleit- und Führungsschienen ausgestattet, in die die Führungsschienen der Fallmasse eingreifen. Dieser Ein­ griff der Führungsschienen bildet eine Drehsicherung. Die auf diese Weise erreichte exakte Führung der Fallmasse er­ laubt ein Arbeiten mit einem genau definierten Aufschlags­ punkt.

Erfindungsgemäß kann die Führungsvorrichtung als ein kreis­ rundes Rohr ausgebildet werden. Der Rohrdurchmesser ist dabei variabel. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Ein­ richtung erhöht werden. Bei Untersuchung von z.B. Bauteil­ en, die eine geringe Bruchkraft erfordern, wird zweckmäßi­ gerweise ein Rohr mit einem kleineren Durchmesser und eine kleinere Fallmasse eingesetzt als bei Bauteilen, bei denen eine hohe Bruchkraft erforderlich ist. Dabei kann wahlweise das Rohr mit dem kleineren Durchmesser in das Rohr mit dem größeren Durchmesser eingeschoben werden. Ein Umbau der Einrichtung kann auch dahingehend erfolgen, daß das gesamte Führungsrohr ausgewechselt wird. Das Ineinanderschieben der Rohre wird vorzugsweise dann angewendet, wenn kurze und wechselnde Untersuchungsreihen gefahren werden. Die Fallhö­ he der Fallmasse kann nicht nur durch die Veränderung der Länge der Führungsvorrichtung variiert werden, sondern auch bei einer vorgegebenen Länge derselben durch Verstellung des Neigungswinkels stufenlos variabel eingestellt werden. Zwecks Erreichen höherer Fallgeschwindigkeiten bei einer vorgegebenen Fallhöhe kann die Fallmasse im Führungsrohr vorgespannt werden.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung beteht darin, daß die Fallmasse mit einem, mit dieser lösbar ver­ bundenen, Aufschlagkörper ausgestattet ist. Dieser Auf­ schlagkörper besitzt eine Kraftmeßeinrichtung, um die Auf­ schlagkraft möglichst genau registrieren zu können. Der Aufschlagkörper ist mit einer Aufschlagfläche ausgestattet, deren geometrische Form verschiedenen Untersuchungsparame­ tern angepaßt werden kann. Durch die unterschiedliche werk­ stofftechnische Beschaffenheit der Aufschlagfläche ist die Möglichkeit gegeben, die Untersuchungen wirklichkeitsgetreu zu simulieren.

Durch die konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Ein­ richtung ist erreicht, daß sich nur der Ausgang der Füh­ rungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung für das zu untersuchende Objekt in einem Berstraum befinden müssen. Die manchmal auch erhebliche Längen aufweisenden Führungs vorrichtungen können sich außerhalb des Berstraumes befin­ den.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Querschnitt durch die der Einrichtung für Fahrzeugräder.

Fig. 2 Einen vergörßerten Querschnitt nach der Linie II- II der Fig. 1.

Fig. 3 Einen Teilquerschnitt der Einrichtung für Radnaben Fig. 4 Einen Teilquerschnitt der Einrichtung für Achs­ schenkel.

Die Vorrichtung besteht aus einem Führungsrohr 1, einer Fallmasse 2, einer Aufnahmevorrichtung 3 und einem Funda­ ment 4.

Das Führungsrohr 1 ist auf seiner, der Fallmasse 2 zuge­ wandten Seite mit drei Paaren von Gleit- und Führungs­ schienen 5, 5 ausgestattet. Die Gleit- und Führungsschienen 5, 5 erstrecken sich über die gesamte Länge des Führungsroh­ res 1. An der Fallmasse 2 sind Führungsschienen 5′ vorgese­ hen, welche in die Führungsschienen 5, 5 des Führungsrohres 1 eingreifen und dadurch eine Verdrehsicherung bilden. An seinem unteren Ende ist das Führungsrohr 1 mit einer Ge­ schwindigkeitsmeßeinrichtung 7 und einer Einrichtung 8 zur Messung des Verformungsweges ausgestattet. Das Führungsrohr 1 bildet mit der Bodensenkrechten einen Winkel γ. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel γ etwa 15 Grad-20 Grad.

Am oberen Ende der Fallmasse 2 befindet sich eine Meßein­ richtung 6 zur Messung der Beschleunigung. An dem, dem zu untersuchenden Objekt zugewandten Ende der Fallmasse 2 ist mit dieser ein Aufschlagkörper 9 lösbar verbunden. Der Auf­ schlagkörper 9 besitzt eine Meßeinrichtung 10 zur Messung der Aufprallkraft. Die geometrische Form der Aufschlagflä­ che 11 des Aufschlagkörpers 9, sowie deren werkstofftechni­ sche Beschaffenheit ist den jeweiligen Untersuchungsbedin­ gungen angepaßt. Auch der Aufschlagkörper 9 selbst kann den Untersuchungsbedingungen entsprechend ausgewechselt werden.

Die Fallhöhe h kann bei konstanter Länge der Führungsvor­ richtung 1 durch die Neigungsverstellung (Winkel γ, β) stu­ fenlos geändert werden.

In der Aufnahmevorrichtung 3, welche aus einer Grundplat­ te 12 und einer verstellbaren Aufspannung 13 besteht, be­ findet sich ein Fahrzeugrad 14. Die Achse 14′ des in der Aufspannung 13 und montierten Fahrzeugrades 14 bildet mit der Achse 1′ des Führungsrohres 1 einen Winkel α. Sowohl der Winkel α als auch der Winkel γ sind verstellbar und aufeinander abstimmbar. Die Möglichkeit der gleichzeitigen Verstellung der beiden Winkel α, γ, und die Möglichkeit der Abstimmung der beiden Winkel α, γ aufeinander, in Abhän­ gigkeit von den Untersuchungsbedingungen erlaubt eine Simu­ lation von betriebsgleichen Belastungsbedingungen. Das Fahr­ zeugrad 14 kann dadurch nicht nur unter definierten Lasten, sondern auch unter definierten Richtungen der Lasteinwir­ kung untersucht werden. Der Bereich der Untersuchung er­ streckt sich auf Winkel zwischen 0 und 180 Grad.

Die Grundplatte 12 ist auf den Federn 15 federnd auf dem Fundament 4 aufgestellt. Diese Federung 15 kann auf das Federverhalten des zu untersuchenden Bauteiles abgestimmt werden. Das Fundament 4 ist auf Gummilager 16 auf dem Boden aufgestellt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich zur Untersu­ chung von Radnaben 17.

Weiterhin kann die Einrichtung zur Untersuchung von Achs­ schenkel 18 (Fig. 4) eingesetzt werden. Da es wesentlich ist, eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der Aufprallkraft so nah wie möglich an der Aufschlagfläche vorzusehen, wurde hier eine zusätzliche Einrichtung 10′ zur Messung der Auf­ prallkraft an dem Achsschenkelbolzen angeordnet.

Die Einrichtung kann auch universell zur Untersuchung des Bruchverhaltens von Werkstoffen eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Untersuchung des Bruchverhaltens von Fahrzeugrädern mit einer Fallmasse, die sich in einer Führungsvorrichtung befindet und mit einer Aufnahme­ vorrichtung für das zu untersuchende Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) unter einem von 90 Grad unterschiedlichen Winkel (β) gegen den Boden gerichtet ist und dieser Winkel (β) einstellbar ist, und die Fallmasse (2) in der Führungsvorrichtung (1) geführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) an ihrer, der Fallmas­ se (2) zugewandten Seite mit Paaren von Gleit- und Führungsschienen (5, 5) ausgestattet ist, und diese im Eingriff mit den an der Fallmasse (2) angeordneten Führungsschienen (5′) stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) als ein kreisrundes Rohr ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) unterschiedliche Durchmesser aufweist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Führungsvorrichtung (1) variabel ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, die Fallhöhe (h) der Fallmasse (2) einstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallmasse (2) in der Führungsvorrichtung (1) vorgespannt werden kann.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallmasse (2) einen, mit dieser lösbar verbun­ denen, Aufschlagkörper (9) besitzt, und der Aufschlag­ körper (9) eine Kraftmeßvorrichtung (10) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlagkörper (9) mit einer Aufschlagfläche (11) versehen ist, die in ihrer geometrischen Form und Werkstoffbeschaffenheit variabel ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch Radnaben (17) und Achsschenkel (18) untersucht werden können.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1) mit dem Boden einen Winkel (β) zwischen 20 Grad und 80 Grad einschließt.