DE4201639C2 - Simulator für homokinetische Gelenke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Simu­ lieren der Kugelroll- und Gleitverhältnisse in Kugellaufrin­ nen von homokinetischen Gelenken.

Homokinetische Gelenke sind überall dort im Einsatz, wo auf­ einanderfolgende Wellenabschnitte bei einem von der Flucht­ lage abweichenden Winkel ein Drehmoment übertragen müssen, beispielsweise bei der Drehmomentübertragung von PKW-Motoren auf die Antriebsräder. Das homokinetische Gelenk hat im Ge­ gensatz zum Kreuzgelenk aufgrund seiner Geometrie die Eigen­ schaft, daß keine Winkelbeschleunigungen auftreten. Das Ver­ hältnis der Eingangsdrehzahl zur Ausgangsdrehzahl ist in je­ der Winkelphase der Welle das gleiche. Dies ist auch der Grund, weshalb homokinetische Gelenke aus Komfortgründen be­ vorzugt im Automobilbau eingesetzt werden.

Die homokinetischen Gelenke stellen ein empfindliches Teil dar. Die Lebensdauer dieser homokinetischen Gelenke muß zum Bei­ spiel in einem Kraftfahrzeug unter erschwerten Prüfbedingun­ gen ca. 150 000-200 000 km betragen. Diese Forderung setzt vor­ aus, daß neben der exakten Geometrie auch optimale Werkstoffe und besonders geeignete Schmierstoffe eingesetzt werden. Dies sind heute im Automobilbereich konsistente Schmierstoffe (Fette). Bei dem homokinetischen Gelenk handelt es sich um ein "Sicherheitsteil". Geht ein homokinetisches Gelenk bei einem Fahrzeug mit Frontantrieb zu Bruch, so kann die Lenkfä­ higkeit des Fahrzeugs in Frage gestellt sein.

Für die Lebensdauer und die Dauer der Funktionsfähigkeit eines homokinetischen Gelenks ist deshalb die Auswahl der Werkstoffe und insbesondere auch die Auswahl der Schmier­ stoffe von größter Bedeutung.

Die Prüfung von homokinetischen Gelenken hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften und/oder hinsichtlich ihrer Schmier­ stoffeigenschaften wird grundsätzlich in einem betriebssimu­ lierenden Versuch durchgeführt.

Es sind hierzu Gelenkwellenprüfstände bekannt, in denen zwei komplette, je zwei homokinetische Gelenke enthaltende Gelenk­ wellen unter gegenseitiger Drehvorspannung im Ringschluß hin­ tereinander geschaltet sind und mit konstanten Neigungswin­ keln in den Gelenken Prüfläufen unterzogen werden. Um aussa­ gefähige Prüfergebnisse zu erhalten, sind bei den aus der Praxis übernommenen Originaldrehzahlen und Originaldrehmomen­ ten langwierige Prüfläufe von bis zu mehreren Wochen notwen­ dig. Darüber hinaus sind, um optimale Werkstoffe und Schmier­ stoffe und deren Kombinationen zu ermitteln, eine Vielzahl von Einzelversuchen notwendig. Mit Gelenkwellenprüfständen sind aber solche Versuchsreihen schon allein aus Zeitgründen kaum durchführbar. Während eines Probelaufs läßt sich zwar die Drehzahl und die Drehmomentbelastung verändern, die Bela­ stungsrichtung bleibt jedoch - bedingt durch die nur in eine Richtung wirkende Drehvorspannung - stets dieselbe. Ein wei­ terer Nachteil ist die große Zahl der für einen Prüflauf ein­ zusetzenden und anschließend zu untersuchenden Gelenke. Nicht zuletzt sind derartige Gelenkwellenprüfstände ausgesprochen aufwendig.

Aus der DE-OS 32 06 971 ist eine Einrichtung zur Prüfung von Werkstoff- und Schmierstoffeigenschaften der in Frage kommen­ den Werkstoffe und Schmierstoffe bekannt, welche den Prüflauf mit kompletten homokinetischen Gelenken vermeidet. Bei dieser bekannten Einrichtung sind aber die Kugelroll- und Gleitver­ hältnisse nicht annähernd gleich denen in einem homokineti­ schen Gelenk tatsächlich auftretenden Kugelroll- und Gleit­ verhältnissen, so daß die Ergebnisse von auf dieser Einrich­ tung durchgeführten Werkstoff- und Schmiermitteltests nicht ohne weiteres eine Aussage über die Werkstoff- und Schmier­ mitteleignung für homokinetische Gelenke liefern.

Werkstoffe und Schmierstoffe für Wälzlager werden üblicher­ weise in sogenannten "4-Kugel-Apparaten", wie sie beispielsweise aus US 3 045 471 oder W. Glaubitz, Archiv für Technischen Messen, V 9 122-9, Dezember 1951, bekannt sind getestet. Solche 4- Kugel-Apparate sind Standardausrüstung vieler Labors, weil damit normierte Prüfungen durchgeführt werden. Vier zu einer Pyramide geschichtete Kugeln werden in einer Presse einge­ spannt; diese trägt ein Axialwiderlager für einen die obere Kugel haltenden Rotor und einen mit dem Rotor zur Drehmitnahme ver­ bundenen Antrieb. Die drei unteren Kugeln sind mittels eines einstellbaren Vorspannhebels in Achsrichtung des Rotors gegen die obere Kugel vorgespannt. Die in homokinetischen Gelenken sich überlagernden Roll- und Gleitbewegung einer Kugel zwi­ schen zwei Kugellaufrinnen können mit dem 4-Kugel-Apparat nicht simuliert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Simulier­ einrichtung anzugeben, die in ihrem Herstellungsaufwand ein­ fach ist, ähnliche Kugelroll- und Gleitverhältnisse wie im homokinetischen Gelenk erzeugt und in möglichst kurzen Prüf­ läufen zuverlässige Anhaltspunkte für die Eignung der jeweils untersuchten Werkstoffe und Schmierstoffe für homokinetische Gelenke erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrich­ tung zum Simulieren der Kugelroll- und Gleitverhältnisse in Kugellaufrinnen von homokinetischen Gelenken, aufweisend eine Haltevorrichtung für zwei Prüfkörper, deren jeder eine Kugellaufrinne mit einer den Ku­ gellaufrinnen des jeweiligen Gelenks entsprechenden Geometrie besitzt, wobei die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, daß die Kugellaufrinnen zwischen sich eine entsprechende Ku­ gel aufnehmen können, die Sohlenlinien der Kugellaufrinnen sich kreuzen, die Prüfkörper in einer Vorspannrichtung im we­ sentlichen senkrecht zu den beiden Sohlenlinien gegeneinander vorspannbar sind und die beiden Prüfkörper relativ zueinander in zwei zueinander und zu der Vorspannrichtung im wesentli­ chen senkrechten Richtungen unter annähernder Erhaltung des Kreuzungswinkels bewegbar sind.

Bei der so gestalteten Einrichtung kann mindestens einer der Prüfkörper exakt die Rinnenform haben, welche in einem homo­ kinetischen Gelenk an seinem Außenring und/oder seinem Innen­ ring vorkommt. Die Bewegung der gekreuzten Kugellaufrinnen in zwei zur Vorspannrichtung im wesentlichen senkrechten Rich­ tungen bewirkt, daß die Kugel in beiden Kugellaufrinnen sowohl Roll- als auch überlagerte Gleitbewegungen mit wech­ selnder Lastrichtung durchführt, ähnlich den Schub- und Ge­ genschubbedingungen bei realistischem Betrieb der Originalge­ lenke. Daraus ergibt sich eine große Ähnlichkeit der Abwälz- und Gleitverhältnisse zwischen dem erfindungsgemäßen Simula­ tionsbetrieb einerseits und dem Betrieb im Originalgelenk an­ dererseits.

In Abweichung von den einseitigen Belastungsverhältnissen der Rinnenflanken der Kugellaufrinnen bei der Überprüfung von vollständigen homokinetischen Gelenken im Gelenkwellenprüf­ stand werden die beiden Rinnenflanken gleichmäßig belastet. Durch die im Vergleich zu Gelenkwellenprüfständen mögliche höhere relative Bewegungsgeschwindigkeit der Kugellaufrinnen zueinander ergibt es sich, daß eine zuverlässige Vorauswahl von Werk- und Schmierstoffen schon nach relativ kurzer Prüf­ zeit von z. B. zwei Tagen getroffen werden kann. Diejenigen Werkstoffe und Schmierstoffe, die in der erfindungsgemäßen Einrichtung günstige Werte bezüglich Temperatur und Ver­ schleiß zeigen, kommen für eine Prüfung in vollständigen ho­ mokinetischen Gelenken in Frage, während Werkstoffe und Schmierstoffe, deren Eigenschaften sich als ungünstig erwei­ sen, nicht mehr in vollständigen homokinetischen Gelenken ge­ prüft werden müssen. Durch Veränderung der Vorspannung lassen sich auch unterschiedliche Drehmomente simulieren.

Nach dem Prüflauf können die Lagerteile durch optisches Be­ trachten sowie durch Ermitteln des Gewichtsverlustes auf Ver­ schleiß überprüft werden. Weiterhin ist es denkbar, die Ver­ änderungen der Schmierstoffe durch Aufnahme von Metallteil­ chen, Oxidation und Verhärtung zu untersuchen. Unterschiedli­ che Prüfungsprogramme lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Gerät wesentlich leichter realisieren als mit dem Gelenkwel­ lenprüfstand. Man braucht nur bestimmte Drehzahlen und Vor­ spannkräfte vorzuprogrammieren.

Kugelroll- und Gleitverhältnisse mit einem hohen, als beson­ ders kritisch geltenden Gleitanteil lassen sich erzeugen, wenn sich die Sohlenlinien unter einem Winkel von annähernd 90° kreuzen.

Eine Relativbewegung der beiden Prüfkörper innerhalb der Hal­ tevorrichtung entlang einer Kreisbahn ist mit geringem Kon­ struktionsaufwand zu erzeugen.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ausge­ führt mit einem ersten Halteelement zur Aufnahme eines ersten der Prüfkörper und mit einem um eine mit der Vorspannrichtung zusammenfallende Drehachse antreibbaren Rotor. An dem Rotor ist ein Exzenterteil angebracht, dessen Exzenterachse gegen­ über der Drehachse des Rotors parallel versetzt ist. An dem Exzenterteil ist um dessen Exzenterachse ein zweites Halte­ element drehbar gelagert zur Aufnahme eines zweiten der Prüf­ körper, wobei das zweite Halteelement durch eine Verbindung mit dem ersten Halteelement gegen ein Mitdrehen mit dem Rotor gesichert ist.

Eine derartige Haltevorrichtung läßt sich mit einem Führungs­ rahmen versehen, in welchem das erste Halteelement in der Vorspannrichtung axial verschiebbar und unverdrehbar geführt ist; dabei ist dieser Führungsrahmen zum Anbau an einem Pres­ senrahmen ausgebildet, wobei dieser Pressenrahmen ein Axial­ widerlager für den Rotor und einen mit dem Rotor zur Drehmit­ nahme verbindbaren Antrieb trägt. An dem Pressenrahmen ist eine auf das erste Halteelement in Vorspannrichtung einwir­ kende Vorspannvorrichtung vorgesehen. Die Vorspannvorrichtung kann einen an dem Pressenrahmen schwenkbar gelagerten zweiar­ migen Vorspannhebel tragen, dessen einer Hebelarm über ein Druckstück auf das Halteelement einwirkt und dessen zweiter Hebelarm eine verstellbare Last trägt. Dadurch ist die Vor­ spannung in besonders einfacher Weise einstellbar und es kön­ nen unterschiedliche Drehmomentbelastungen simuliert werden. Hierdurch ergibt sich weiter die Möglichkeit, eine gegebenen­ falls bereits vorhandene Presse eines 4-Kugel-Apparates der oben beschriebenen Art zu verwenden. Es muß lediglich der Führungsrahmen mit dem ersten Halteelement in dem Pressenrah­ men und der Rotor mit dem zweiten Halteelement am Antrieb der Presse befestigt werden. Nach dem Einsetzen der Prüfkörper und der Kugel ist das Gerät betriebsbereit.

Zur Erhaltung des annähernd konstanten Kreuzungswinkels kann das zweite Halteelement an dem Führungsrahmen durch eine Fes­ selstange gegen Mitdrehen mit dem Rotor gefesselt sein, wobei die Länge der Fesselstange gegenüber der Exzentrizität zwi­ schen Exzenterachse und Drehachse groß sein sollte. Hierdurch werden die bei Betrieb verbleibenden Veränderungen des Kreu­ zungswinkels gering gehalten.

Prüfkörper mit möglichst einfachen und leicht einspannbaren Umrißgeometrien sind quaderförmige Prüfkörper. Stehen bereits entsprechende homokinetische Gelenke zur Verfügung, so können die Prüfkörper aus einem Originalteil des zu prüfenden Ge­ lenks herausgeschnitten sein. Besonders eignet sich hierzu der Außenring des zu prüfenden homokinetischen Gelenks.

Ein wichtiges Kriterium für die Qualität der zu prüfenden Werkstoffe und Schmierstoffe ist die beim Prüfbetrieb auftre­ tende Lagertemperatur. Diese Lagertemperatur kann mit hoher Auflösung während des Prüfbetriebs kontinuierlich gemessen werden, indem man mindestens eine Temperaturmeßsonde in der Nähe einer Laufrinne anbringt, insbesondere in eine Bohrung des jeweiligen Prüfkörpers einführt, so daß die Temperatur­ meßsonde möglichst nahe an dem höchstbelasteten Flächenbe­ reich der Rinne zu liegen kommt.

Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Werkstoff- und Schmierstoffeigenschaften ist das Reaktionsmoment, welches notwendig ist, bei gegebener Vorspannung und Drehzahl das er­ ste Halteelement gegen das zweite Halteelement gegen Verdre­ hung abzustützen. Es bietet sich an, eine Drehmomentmeßein­ richtung zur Ermittlung des für die Aufrechterhaltung des Kreuzungswinkels notwendigen Stützmoments vorzusehen. Diese Meßeinrichtung ist bevorzugt am achsfernen, am Pressenrahmen abgestützten Ende der Fesselstange vorgesehen, um besonders hochauflösende Meßergebnisse zu erzielen.

Zum Variieren der Prüfbedingungen lassen sich die Drehzahl des Antriebs sowie die Vorspannkraft einstellen. Eine weitere Variationsmöglichkeit ergibt sich, wenn man die Amplitude der Relativbewegung der Prüfkörper in den zwei zueinander senk­ rechten Richtungen variiert, entsprechend etwa einer Änderung von Axialverschiebungen oder des Neigungswinkels im Original­ gelenk. Diese Variationsmöglichkeit läßt sich bei Verwendung eines Exzenterantriebs leicht realisieren, indem man die Ex­ zentrizität des Exzenterteils relativ zur Drehachse des Ro­ tors variiert, etwa dadurch, daß man zur Veränderung der Am­ plitude Rotoren mit Exzenterteilen unterschiedlicher Exzen­ trizität gegeneinander austauscht.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht der beispielhaften Prüfeinrichtung in einem Pressenrahmen;

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht eines Prüfkörpers mit ein­ gesetzter Thermomeßsonde;

Fig. 3 zeigt einen Außenring eines homokinetischen Ge­ lenks mit einem daraus herausgeschnittenen Prüf­ körper und zugehöriger Kugel; und

Fig. 4a und 4b zeigen schematisch die Abroll- und Gleitverhält­ nisse einer Kugel zwischen zwei gekreuzten Prüf­ körpern.

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Prüfgerät 1 in einem wei­ ter unten beschriebenen Pressenrahmen 60.

Ein Führungsrahmen 3 als Basisteil des Prüfgeräts 1 besteht aus einem Sockelring 5 und einem darauf geschraubten Hohlzylinder 7 mit einer vertikalen Längsmittelachse A-A. In dem Hohlzy­ linder 7 ist ein zylinderförmiges erstes, unteres Halteele­ ment 9 längs der Achse A-A vertikal verschiebbar geführt. Das Halteelement 9 ist Teil einer Haltevorrichtung 11 für zwei Prüfkörper 13 und 15. Die Wand des Hohlzylinders 7 ist in ihrer Längsrichtung von einem Langloch 17 durchbrochen zur Aufnahme eines von dem Halteelement 9 radial abstehenden Füh­ rungsstiftes 19, der eine Drehung des Halteelements 9 in dem Hohlzylinder 7 verhindert, jedoch eine vertikale Verschiebung des unteren Halteelements 9 zuläßt.

In der oberen Stirnseite des unteren Halteelements 9 ist eine kegelstumpfförmige Vertiefung 21 vorgesehen, in deren Grund­ fläche eine Ausnehmung 23 zur spielfreien Aufnahme eines un­ teren Prüfkörpers 13 mit quaderförmigem Umriß und nach oben offener Kugellaufrinne 13a ausgebildet ist. Eine Rinnen­ sohlenlinie 13b (Fig. 4b) der Kugellaufrinne 13a verläuft normal zur Längsachse A-A, welche die Längsmitte der Kugel­ laufrinne 13a schneidet.

Der Prüfkörper 13 ist durch seitliche Öffnungen des Halteele­ ments 9 und des Hohlzylinders 7 senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 in die Ausnehmung 23 eingeschoben und durch eine Sicherungsplatte 29 gehalten. Durch Entfernen der Sicherungs­ platte 29 kann der Prüfkörper 13 seitlich herausgenommen wer­ den.

Oberhalb des unteren Halteelements 9 ist ein zweites, oberes Halteelement 31 der Haltevorrichtung 11 angeordnet zum Halten eines oberen Prüfkörpers 15 mit nach unten offener Kugellauf­ rinne 15a. Die beiden Prüfkörper 13 und 15 sind baugleich. Die Rinnensohlenlinie 15b der oberen Kugellaufrinne 15a und die Rinnensohlenlinie 13b der unteren Kugellaufrinne 13a kreuzen einander in Richtung der Achse A-A betrachtet mit einem Winkel von ca. 90° (Fig. 4b). In den dadurch gebildeten Kreu­ zungsbereich der beiden Kugellaufrinnen 13a und 15a ist eine Lagerkugel 33 eingespannt. Der obere Prüfkörper 15 sitzt spielfrei in einer Ausnehmung 35 in der Unterseite des oberen Halteelements 31.

Das obere Halteelement 31 ist an seiner Oberseite über ein zur Übertragung von Axialkräften ausgebildetes Kugellager 37 mit einem Exzenterteil 39 eines Rotors 41 verbunden, dessen Exzenterachse E parallel zur mit der Achse A-A zusammen­ fallenden Rotorachse versetzt ist. Zur Veränderung der Exzen­ trizität e wird der Rotor 41 gegen andere Rotoren unter­ schiedlicher Exzentrizität ausgetauscht. Alternativ wäre es auch denkbar, das Exzenterteil derart am Rotor verstellbar anzubringen, daß sich eine stufenlos variierbare Exzentrizi­ tät ergibt. Der Rotor 41 ist mittels eines axial nach oben abstehenden Antriebskegels 43 an ein Antriebsteil 75 des wei­ ter unten beschriebenen Pressenrahmens anschließbar.

Vom oberen Halteelement 31 steht radial von der Exzenterachse E und der Rotorachse A-A eine Fesselstange 45 ab. Ein freies Ende der Fesselstange 45 ist in Antriebsrichtung an einem Stützarm 47 des Führungsrahmens 3 abgestützt, um den Kreuzungswinkel der Kugellaufrinnen aufrechtzuerhalten. Die Länge der Fesselstange 45 ist groß gegenüber der Exzentrizi­ tät e zwischen Exzenterachse E und Rotorachse A-A. Zur Mes­ sung des bei Betrieb auftretenden Reaktionsmoments ist zwi­ schen der Fesselstange 45 und dem Stützarm 47 ein als Drehmo­ mentmeßeinrichtung wirkender Kraftsensor 49 angebracht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist in einer Seitenfläche 13c des unteren Prüfkörpers 13 eine bis nahe an die Kugellaufrinne 13a reichende Bohrung 51 zur Aufnahme einer Temperaturmeß­ sonde 53 vorgesehen. Die Temperaturmeßsonde 53 dient zur Mes­ sung der bei Betrieb auftretenden Lagererwärmung.

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Prüfkörper 13 und 15 keine gesondert hergestellten Teile, sondern herausgeschnit­ ten aus einem Außenring 55 eines originalen homokinetischen Gelenks, beispielsweise aus einer Radantriebswelle eines Kraftfahrzeugs. Die Kugel 33 ist ebenfalls aus dem Original­ gelenk entnommen. Die Geometrien der Kugellaufrinnen 13a und 15a sowie der Kugel 33 sind daher identisch mit denen im Ori­ ginalgelenk. Selbstverständlich können je nach Prüfzweck die Kugellaufrinnen auch aus dem Innenring des homokinetischen Gelenks herausgeschnitten oder aber gesondert angefertigte Kugellaufrinnen und Kugeln verwendet werden. Die Kugellauf­ rinnen können - wie in Fig. 4a dargestellt - einen parabel­ förmigen Querschnitt besitzen, so daß die Kugel nur an den Rinnenflanken anliegt, jedoch vom Rinnenboden frei ist.

Der eingangs erwähnte Pressenrahmen 60 umfaßt ein Sockelteil 61 zur Aufnahme des Führungsrahmens 3 des Prüfgeräts 1. Das Sockelteil 61 trägt einen zweiarmigen Vorspannhebel 63 einer Vorspanneinrichtung 65, dessen einer, vom Pressenrahmen 60 abstehender Hebelarm 67 ein längsverstellbares Gewicht 69 trägt, und an dessen zweitem, nahe der Achse A-A endenden Hebelarm 70 ein Druckstück 71 zur Anlage an der Unterseite des unteren Halteelements 9 angelenkt ist.

Am Oberteil 73 des Pressenrahmens 60 ist ein Antriebsteil 75 um die Achse A-A drehbar, jedoch längsfest gelagert und mittels eines Elektromotors 77 stufenlos einstellbarer Dreh­ zahl angetrieben. Das Antriebsteil 75 dient gleichzeitig als Axialwiderlager für den Rotor 41. Der Aufbau dieses Pressen­ rahmens 60 entspricht im Prinzip einem Pressenrahmen eines herkömmlichen 4-Kugel-Apparates.

In Vorbereitung des Prüfvorgangs wird der Führungsrahmen 3 an dem Sockel 61 des Pressenrahmens befestigt und der Antriebs­ kegel 43 in das untere Ende des Antriebsteils 75 eingesetzt. Anschließend werden der vorbereitete obere Prüfkörper 15 von unten in die Ausnehmung 35 des oberen Halteelements 31 einge­ setzt; dann wird der untere Prüfkörper 13 mit eingesetzter Kugel 33 in die Ausnehmung 23 des unteren Halteelements 9 ge­ schoben und die Sicherungsplatte 29 angeschraubt. Die zu prü­ fenden Lagerflächen werden mit Schmiermittel versehen. Die Vorspanneinrichtung 65 der Presse wird entriegelt, so daß das Druckstück 71 des zweiarmigen Hebels 63 unter Wirkung des Ge­ wichts 69 eine Kraft in Vorspannrichtung F (Fig. 1) von unten auf das untere Halteelement 9 ausübt. Hierdurch wird die Kugel 33 zwischen den beiden Kugellaufrinnen 13a und 15a unter Last gesetzt. Wird nun das Antriebsteil 75 gedreht, führt das obere Halteelement 31 wegen der Exzenterlagerung eine Bewe­ gung entlang einer Kreisbahn K (Fig. 4b) in einer zur Vor­ spannrichtung F senkrechten Ebene aus. Das obere Halteelement 31 ist über die Fesselstange 45 am Hohlzylinder 7 in An­ triebsdrehrichtung abgestützt, und zwar mit großem Abstand relativ zum Abstand zwischen der Exzenterachse E und der Ro­ torachse A-A, so daß bei seiner Kreisbewegung relativ zum unteren Halteelement 9 nur minimale Winkeländerungen auftre­ ten.

Während des Prüfbetriebs treten, wie in Fig. 4a in Seitenan­ sicht und in Fig. 4b in Draufsicht dargestellt, zwischen den Kugellaufrinnen 13a und 15a und der Kugel 33 sowohl rollende (r) als auch gleitende (g) Bewegungen auf, ähnlich den Ver­ hältnissen im originalen homokinetischen Gelenk. Während der in Fig. 4a gezeigten Bewegungsphase mit einer Bewegung der oberen Kugellaufrinne 15a längs einer Achse x im rechten Win­ kel zur unteren Kugellaufrinne 13a rollt die Kugel 33 in der unteren Kugellaufrinne 13a längs ihrer Rinnensohlenlinie 13b reibungsarm ab, während sie gleichzeitig in der oberen Kugel­ laufrinne 15a quer zu deren Rinnensohlenlinie 15b mit hoher Reibung gleitet. Bei der Bewegung der oberen Kugellaufrinne 15a relativ zur unteren Kugellaufrinne 13a in zwei zueinan­ der senkrechten Richtungen x, y entlang der Kreisbahn K (Fig. 4b) bewegt sich die Kugel 33 in beiden Kugellaufrinnen 13a und 15a zyklisch sowohl rollend in deren Längsrichtung als auch gleitend in deren Querrichtung mit fließenden Übergängen zwischen diesen beiden Bewegungstypen. Dies simuliert gleich­ zeitig die bei realistischem Betrieb vorkommenden Schub- und Gegenschubbedingungen, wie sie im Fall einer Radantriebswelle eines Kraftfahrzeugs beim Beschleunigen und Verlangsamen des Fahrzeugs auftreten.

Die an der unteren Kugellaufrinne 13a auftretende Reibungs­ wärme kann mittels der Temperaturmeßsonde 53 und das durch die Lagerreibung am oberen Halteelement 31 auftretende Reak­ tionsmoment kann mittels des Kraftsensors 49 während des ge­ samten Prüfablaufs kontinuierlich gemessen werden. Das Prüf­ gerät kann mit relativ hohen Drehzahlen betrieben werden und, je nach Wahl bzw. Einstellung des Exzenters, mit relativ großen Amplituden der Kugel in den Kugellaufrinnen. Die Bela­ stung der zu prüfenden Lagerteile und Werkstoffe sowie insbe­ sondere deren Schmierstoffe kann dadurch sehr hoch gewählt werden, was den Prüfvorgang erheblich verkürzt.

Claims (16)

1. Einrichtung zum Simulieren der Kugelroll- und Gleitver­ hältnisse in Kugellaufrinnen von homokinetischen Gelen­ ken, aufweisend eine Haltevorrichtung (11) für zwei Prüfkörper (13, 15), deren jeder eine Kugellaufrinne (13a, 15a) mit einer den Kugellaufrinnen des jeweiligen Gelenks entsprechenden Geometrie besitzt, wobei die Haltevorrichtung (11) der­ art ausgebildet ist, daß die Kugellaufrinnen (13a, 15a) zwischen sich eine entsprechende Kugel (33) aufnehmen können, die Sohlenlinien (13b, 15b) der Kugellaufrinnen (13a, 15a) sich kreuzen, die Prüfkörper (13, 15) in einer Vorspannrichtung (F) im wesentlichen senkrecht zu den beiden Sohlenlinien (13b, 15b) gegeneinander vor­ spannbar sind und die beiden Prüfkörper (13, 15) relativ zueinander in zwei zueinander und zu der Vorspannrich­ tung (F) im wesentlichen senkrechten Richtungen (x, y) unter annähernder Erhaltung des Kreuzungswinkels beweg­ bar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohlenlinien (13b, 15b) sich unter einem Winkel von annähernd 90° kreuzen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Prüfkörper (13, 15) innerhalb der Halte­ vorrichtung (11) zueinander entlang einer Kreisbahn (K) bewegbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (11) ausgeführt ist mit einem ersten Halteelement (9) zur Aufnahme eines ersten (13) der Prüfkörper, mit einem um eine mit der Vorspannrich­ tung (F) zusammenfallende Drehachse (A-A) antreibbaren Rotor (41), mit einem an dem Rotor (41) angebrachten Ex­ zenterteil (39), dessen Exzenterachse (E) gegenüber der Drehachse (A-A) des Rotors (41) parallel versetzt ist und mit einem an dem Exzenterteil (39) um dessen Exzen­ terachse (E) drehbar gelagerten zweiten Halteelement (31) zur Aufnahme eines zweiten (15) der Prüfkörper, wo­ bei das zweite Halteelement (31) durch eine Verbindung (45, 47, 7, 17, 19) mit dem ersten Halteelement (9) ge­ gen ein Mitdrehen mit dem Rotor (41) gesichert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (11) einen Führungsrahmen (3) aufweist, in welchem das erste Halteelement (9) in der Vorspannrichtung (F) axial verschiebbar und unverdrehbar geführt ist, daß dieser Führungsrahmen (3) zum Anbau an einem Pressenrahmen (60) ausgebildet ist, daß dieser Pressenrahmen (60) ein Axialwiderlager für den Rotor (41) und einen mit dem Rotor (41) zur Drehmitnahme ver­ bindbaren Antrieb (75) trägt und daß an dem Pressenrah­ men (60) eine auf das erste Halteelement (9) in Vor­ spannrichtung (F) einwirkende Vorspannvorrichtung (65) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung (65) einen an dem Pressen­ rahmen (60) schwenkbar gelagerten zweiarmigen Vorspann­ hebel (63) trägt, dessen einer Hebelarm (70) über ein Druckstück (71) auf das erste Halteelement (9) einwirkt und dessen zweiter Hebelarm (67) eine verstellbare Last (69) trägt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Halteelement (31) an dem Führungsrahmen (3) durch eine Fesselstange (45) gegen Mitdrehen mit dem Rotor (41) gefesselt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (11) zur Aufnahme von im we­ sentlichen quaderförmigen Prüfkörpern (13, 15) ausgebil­ det ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper (13, 15) aus mindestens einem Origi­ nalteil (55) des zu prüfenden Gelenks herausgeschnitten sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkörper aus dem Außenring (55) des jeweils zu prüfenden Gelenks herausgeschnitten sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperaturmeßsonde (53), die in der Nähe mindestens einer Laufrinne (13a) anbringbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßsonde (53) in eine Bohrung (51) des jeweiligen Prüfkörpers (13) einführbar ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Drehmomentmeßeinrichtung (49) zur Ermittlung eines für die Aufrechterhaltung des Kreuzungswinkels notwendi­ gen Stützmoments.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Bewegung in den zwei zueinander senkrechten Richtungen (x, y) variabel ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) des Exzenterteils (39) gegen­ über der Drehachse (A-A) des Rotors (41) variabel ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Rotoren (41) mit Exzenterteilen (39) unterschiedli­ cher Exzentrizität (e) gegeneinander austauschbar sind.