DE7344582U - Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Scheibenrädern, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62 ^

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Gebr. HOFMANN K. G. Maschinenfabrik Darmstadt, Pallaswlesenstraße 72

Vorrichtung zum Prüfen der DauerfegUgkeit von Rotationskörpern, Insbesondere Scheibenrädern, Insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum PrUfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, Insbesondere Scheibenrädern mit einer Einspanneinrichtung zum ortsfesten Halten des Rotationskörpers, einem Erregertelt, der mit einem Ende mit

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dem Rotationskörper verbindbar Ist und am anderen Ende einen drehbaren Erregerkopf trägt, mit dem Querkräfte, welche am Erregerstab angreifen, erzeugbar sind.

Mit dem Einsatz hochbeanspruchbarer Helfen und Fahrwerke in modernen Kraftfahrzeugen gehen hohe Beanspruchungen des Sohelbea*ade·, aal welchem der Reifen sitzt, einher. Aus der Sicht der Fahrwerkdynamik und der Materialkosten wird ein geringes Gewicht des Scheibenrades, aber gleichzeitig eine hohe Steifigkeit und Belastbarkelt angestrebt. Jedoch muß bei diesen Forderungen die Betriebssicherheit die vorrangige Stellung einnehmen. · '

Durch die komplizierte geometrische Gestalt des Rades und die unterschiedliche Kräfte Inleitung durch den Reifen Ist der Kraftschlufl an den einzelnen Stellen des Scheibenrades unterschiedlich und es treten für jeden Punkt während des Fahrbetriebes unterschiedliche Spannung·-» kollektive auf. Da die mathematische Berechnung der Belantungefunktlonen für die einzelnen Systempunkte nahezu unmöglich Ist und dl« rlohtlge Wahl der Parameter Schwierigkelten bereitet, 1st eine mathematische Berechnung des Scheibenrades nahezu unmbgllch. Die Gestaltung des Scheibenrades wird daher unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen auf der Prüfmaschine ermittelt Da die Beanspruchung periodisch verläuft, erfolgt die Prüfung im Dauerschwingversuch unter Zuhilfenahme von Umlaufbiegungen.

Es sind hierzu bereits Sobslbenrad-Prüfmasohlnen bekanntgeworden (deutsches Patent 1 000 168), bei denen eine Kraft oder ein Gewicht eine statische Last erzeugt und das Scheibenrad zusammen mit der Biegewelle umläuft. Bei der bekannten Vorrichtung wird Über einen

Lastarm, an welchem ein Gewicht befestigt ist und der zusammen mit dem Scheibenrad umläuft, dem Scheibenrad die Umlaufbiegung aufgeprägt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 063 403 sind desweiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Das zu prttfende Scheibenrad Ist hierbei ortsfest angeordnet und mit einem •becfalle stillstehenden E rmgentab verbunden. Die Belaetagg wird durch eine umlaufende Unwuchtfliehkraft hervorgerufen. Diet» bekannte Dauerfeetlgkelteprüfmaschlne arbeitet somit nach dem Prinzip der UnwuohtfUehkrafterzeugung,

Bei der Vorrichtung In der deutschen Patentschrift 1 000 168 kann keine laufende Beobachtung des zu untersuchenden Scheibenräder durchgeführt werden, so daß man den Rlßbeglnn und den weiteren BiSverlauf kaum oder Überhaupt nicht feststellen kann. Außerdem Ist bei dieser Vorrichtung eine größere Antriebeenergie erforderlich, da das Scheibenrad und der Auf spannflansch eusummen mit dem Erregerstab mitrotieren müssen.

Bei der Daue rfestigkeltsprüfmaschine nach der deutschen Auelegeschrift 1 068 403 kann zwar eine laufende Beobachtung durchgeführt werden und auch die Antrlebsenexgle 1st verhältnismäßig gering. Es erfolgt jedoch außer der Biegebelastung eine zwangsläufig vorhandene zusätzliche Badlalkraftbelastung, die sich nloht vermelden läßt und die so groß sein kann, daß das gesamte. Meßergebnls verfälscht wird.

Bei einem vorgegebenen bzw. gewünschten Prüfmoment hängt die aufzubringende Kraft von der Länge des Erregerstabes ab. Da dieser aber nicht beliebig lang ausgeführt werden kann, bedingt durch Eigenfrequenzen des Erregerstabes und konstruktive Überlegungen, kann die

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Prüfkraft Werte erreichen, die denen Im Fahrbetrieb unähnlich sind, so daß durch Ihre Größe die Bruchlastsplelzahl des Scheibenrades entscheidend herabgesetzt werden kann.

Aufgabe der Neuerung Ist es nun, bei einer Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern ein Prüfmomeut so einzuleiten, daß die Radialkraft belastung auf Null reduziert werden kann, so daß ausschließlich nur Biegemomente auftreten und keine oder In Ihrer Größe einstellbare Radialkräfte miteingeleitet werden können.

Bei einer Vorrichtung der elngange genannten Art wird die Aufgabe neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung der am Erregerstab angreifenden Querkräfte der Erregerkopf umlaufende Gewichte aufweist, die In zur Einspannfläche des Rotationskörpers unterschiedliche Abstände aufweisenden Ebenen umlaufen.

Zur Erzeugung der Querkräfte kann ein Kräftepaar am Erregerstab der Prüfmaschine angreifen. Die von dem Kräftepaar hervorgerufenen Querkräfte können hierbei gegeneinander um 180 versetzt werden, so daß eine radiallastfrele Momenteneialeitung ermöglicht wird. Auch besteht bei der Neuerung die Möglichkeit einer Verstellung des Kräftepaares derart, daß man kontinuierlich von einem radiallastfrelen zu einem radlallastbeaufschlagten Scheibenrad gelangen kann.

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Die Abstände der Gewichte von der Botatlonsachse des Erregerkopfes und der gegenseitige Winkelversatz der Gewichte kann verstellbar sein. Die Gewichte können durch elastische Kupplungen o. dgL miteinander verbunden sein, um eine möglichst geringe gegenseitige Beeinflussung der Fliehkräfte der Gewichte zuzulassen. In bevorzugter Welse sind am Erregerkopf zwei Gewichte vorgesehen. Die Gewichte können hierbei im Winkel zueinander verstellt werden, so daß bei einem Winkelversatz von 160 der beiden Gewichte eine radlallastfrele Momenteneinleitung erzielt wird und bei Übereinstimmender Winkelstellung eine maximale Querkraft erzielt wird. Der Antrieb des Erregerkopfes kann über .biegeelastische MIttel durch einen Motor erfolgen.

Das Über den Erregerstab In das Scheibenrad eingeleitete BLegemoment kann mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, die am Erregerstab vorzugsweise in dessen oberer Hälfte angebracht sind, gemessen und an einer Meßelektronik angezeigt werden. Auch kann In vorteilhafter Welse die Drehzahl der umlaufenden Gewichte in Abhängigkeit von der Auslenkung des Erregerstabes steuerbar sein. Man kann hierdurch eine Konstanthaltung des aufgebrachten Biegemomentes erreichen.

Mit Hilfe der Erfindung Ist es möglich, die Beanspruchung des Scheibenrades auf ein Umlaufbiegemoment zu reduzieren. Nach den theoretischen Überlegungen Ist es ausreichend, wenn men zur Grundlage der PrUfmethode des Scheibenrades die Beanspruchung des Scheibenrades auf ein Umlaufbiegemomeot reduziert. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, durch Verstellen der Gewichte von einem radlallastfrelen zu einem radiallastbeaufschlagten Scheibenrad bei der Prüfung zu gelangen.

Anhand der beiliegenden Figur soll an einem Ausführungsbelsplel die Erfindung noch näher erläutert werden. Die Figur zeigt eine erflndungs-

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gemäße Vorrichtung In Seitenansicht, wobei ein Schnitt durch die Mittenachse der Vorrichtung gelegt Ist. .

Ein Scheibenradi Ist auf einem Maschlnentlach 2 eines Gesamtgehäuses 3 vorzugsweise mit Spannpratzen4 festgespaaat. Ein ale Biege-, stab ausgebildeter Erregerstab S, der am oberen Ende zu einem Flansche auegeschmiedet let, Ist vorzugsweise je nach Loohkrelsdurchmesser über bekannte Radbolzen 7 mit dem Scheibenrad 1 verbunden. Am anderen Ende des Blegestabes 5 let ein Erregerkopf 8 vorgesehen. Der Erregerkopf 8 besteht aus einem oberen Teil 9 und einem unteren Teil 10, die duroh vorzugsweise elaetleohe Kupplungen 11. ■ verbunden sind. Die elastischen Kupplungen 11 verhindern einen radialen Kraftfluß zwischen Tell 9 und 10. Die Teile 9 und 10 sind durch je ein Kugellager 12 und 13 am Blegeetab 5 drehbar gelagert und weisen je ein radial verstellbares Gewicht 14 bzw. 15 auf. Die Teile 9 und 10 mit den Gewichten 14 und 15 können weiterhin In nicht dargestellter Welse zueinander um maximal 180° gedreht werden. Der Erregerkopf kann durch einen Motor 16 angetrieben werden. Die Verbindung zwischen Motor 16 und Erregerkopf 8 kann durch einen Riementrieb 17 oder ähnliche Übertragungsmittel und Ober eine ausziehbare Kardanwelle 18 er-* folgen. Die Kardanwelle 18 Ist länge nveränderllch, da die Fliehkraft eine Auslenkung des Biegestabes 5 hervorruft.

Vorzugsweise Lm Aufpsannberelch des Scheibenrades 1 sind an dem Blegesteb 5 Dehnungsmeßstreifen 19 vorgesehen, lnsbeaondtare vier, die je um 90° versetzt am Umfang angeordnet sind und deren Signale geometrisch addiert werden, so daß immer der maximale Wert vorliegt. Diese Dehnungsmeßstreifen messen das eingeleitete Biegemoment und die Meßwerte werden an einer nicht dargestellten Elektronik angezeigt. Die Eichung des Wertes erfolgt mit einer Elcheinrichtung 20

in bekannter Welse bei StlllBfcand der Maschine. Eine Verblödung 22 zwischen Eicheinrichtung 20 und Erregerkopf 8 wird nach erfolgter Einstellung wieder gelöst. '

Die Auslenkung des Biegestabes 5 wird vorzugsweise über berührungslose mechanisch-elektrische Meßwertaufnehmer 21 gemessen, -wobei üKBbejondere zwei Aufnehmer zum Einsatz kommen, die um 90° zueinander am Umfang versetzt sind, so daß auch eine Bahn-Kurve der Auslenkung, die beispielsweise eine Ellipse Ist, erfaßt werden kann» Die Meßwerte der Dehnungsmeßstreifen 19 und der Aufnehmer 21 werden weiterhin einem nicht dargestellten Regelkreis zugeführt, der die Überprüfung und Regulierung des eingeleiteten Drehmomentes übernimmt. ■

Bei der Durchführung der Prüfung wird das Scheibenrad 1, das auf dem Masohlnentlsch 2 festgespannt ist, über den Biegestab 5 mit einem Biegemoment beaufschlagt. Es wird hierbei der Motor 16 In Drehung versetzt und über die Kardanwelle 18 wird diese Drehbewegung auf den Erregerkopf 8 übertragen. Bei der Drehung des Erregerkopfes 8 Oben aufgrund Ihrer Unwuchtfliehkräfte die Gewichte 14 und 15 Querkräfte auf den Biegestab 5 aus. Diese Querkräfte können nun. gleich bemessen sein, wobei beispielsweise die Gewichte 14 und 15 gleich groß bemessen sind und der Abstand der Gewichte von der Rotationsachse des Erregerkopfes gleich Ist. Außerdem kann die Winkelversetzung, wie In der Figur dargestellt, 180° betragen. Man wird dann eine radialfreie Momenteneinleitung in das Scheibenrad 1 erzielen.

Die In das Schalbenrad eingeleitete Biegewechselbeanspruchung ruft nach biner gewissen Lastwechselzahl im Material des Scheibenrades Risse hervor, die immer größer werden, bis schließlich ein Dauerbruch erfolgt. Die Verringerung des Materialquerschnittes durch die Rlßblldung bewirkt

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auch eine Verringerung der Steifigkeit und somit eine Vergrößerung der Erregerkopf-Ausleglenkung, so daß bei einem bestimmten maximalen Maß der Erregerkopf-Auslenkung die Maschine durch Betätigung eines nicht näher dargestellten Schalters automatisch stillgesetzt werden kann.

Um das aufgebrachte Biegemoment konstant zu halten, wird sowohl mittels der Meßwertaufnehmer 21 als auch mittels der Dehnungsmeßstreifen die Auslenkung des Biegentabes 5 und die Veränderung des Biegemomentes gemessen. In einem nicht näher dargestellten Regelkreis werden nun Ist- und Sollwert miteinander verglichen und bei einer Differenzspanaung wird die Drehzahl des Erregerkopfes 8 herabgesetzt, bis das vorgeschriebene bzw. das gewünschte Biegemoment wieder erreicht ist.

Die Eichung der Elektronik, welche die Meßwerte der Dehnungsmeßstreifen 19 auswertet, berücksichtigt den linearen Untersetzungsfaktor zwischen dem Biegemoment am Aufspannpunkt und dem Biegemoment an der Befestigungsstelle der Dehnungsmeßstreifen 19 sowie die geometrische und materialbedingte Eigenschaft des Erregerstabes, der Dehnungsmeßstreifen und den Übertragungsfaktor der Meßelektronik.

Claims (9)

) > 111 Patentanwalt Dipi.-Phys. Gerhard Liedl 8 llüticHtfri 22 SteJnsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 Gebr. Hofmann KG G 73 445 82. 6 C 6344 - N/M 7. Februar 1974 Schut zansprliche

1. Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, Insbesondere Scheibenrädern, mit einer Einspatineinrichtung zum ortsfesten Halten des Rotationskörpers, einem Erregerstab, der mit einem Ende mit dem Rotationskörper verbindbar Ist und am anderen Ende einen drehbaren Erregerkopf tragt, mit dem Querkräfte, welche am Erregerstab angreifen, erzeugbar sind, zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der am Erregerstab (5) angreifenden Querkräfte der Erregerkopf (8) umlaufende Gewichte (14, 15) aufweist, die In zur Einspannfläche dee Rotationskörpers (1) unterschiedliche Abstände aufweisenden Ebenen umlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Gewlohte (14, 15) von der Rotationsachse des Erreger kopfes (8) und der gegenseitige Winkelversatz der Gewichte (14, 15) verstellbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte (14, 15) durch elastische Kupplungen (11) miteinander verbunden sind.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gewichte (14, 15) am Erregerkopf (8) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte so bemessen sind, daß die Summe der von Ihnen ausgehenden Kräfte Null Ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstab (5) auslenkbar angeordnet Ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (19) zur Messung des Biegemomentes am Erreger-

ι stab (5) vorgesehen sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

.! daß Meßwertaufnehmer (21) zur Erfassung des Ausschlages des Erreger

stabes (5) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

Meßwertaufnehme

vorgesehen sind.

Meßwertaufnehmer (21) um 90 versetzt am Umfang das Erregerstabes (5)

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