DE7404800U - Vorrichtung zur Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Patentanwalt DipL-Phys. Gerhard Iltecfi 8 München 22' Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

C 6452

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

Vorrichtung zur Dauerfentlgkelt von Rotationskörpern, Insbesondere Speichenrädern von Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Voriichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, insbesondere Speichenrädern von Krafträdern, bei der der Rotationskörper ortsfest gehalten wird und mittels eines Erregerstabes, an dem Kräfte angreifen, eine Belastung in den Rotationskörper eingeleitet wird.

N/M

Da die Reifen und Fahrwerke in modernen Fahrzeugen, insbesondere Motorrädern, hoch beansprucht werden kennen, verlangt man auch, daß die Bäder, insbesondere die Speiohenräder, sehr stark belastbar

ein geringes Gewloht des Rades, aber auch gleichzeitig ein» hohe Steifigkeit and Belastbarkeit angestrebt. Bs muß Jedoch der Forderung naoh einer ausreichenden Betrlebssioherhef die vorrangige Stellung eingeräumt werfen,

IJa die Pcm der Rüder, insbesondere der SpelohenrMder, eine mathematische Berechnung der fl^wffttffWffllitlontn nahesu unmöglloh ersohelnen lassen, wird diese unter Berücksichtigung der Betrlebabedln- · gongen auf einer Prüfmaschine ermittelt.

Für die Lebensdauerprüfung von derartigen Fahrseugrädern ist die Beanspruchung der Speichen durch Anfahr- und Bremsmomente von entscheidendem Einfluß. Die Seitenkräfte und die Radlast haben keinen ausschlaggebenden Einfluß auf die Lebensdauer, da Ihre Größe im Vergleich zu den Pkw-Rädern sehr gering ist.

Torslonsbelastungseinrtchtungen sind bekannt. In der ATZ 73 vom März 1971 sind derartige Belastungseinrichtungen, die nach dem servohydraullschen Prinzip arbeiten, bekannt geworden. Diese Einrichtungen haben aber den Nachteil, daß ein hoher Aufwand an Begel- und Stellgliedern erforderlich ist. Weiterhin sind sie störanfälliger wie rein mechanische Prüfeinrichtungen. Desweiteren sind In dem Buch "Gestaltfestigkeit, Versuche mit Schwingers" von Dr.-Ing. 8. Berg, VDE, mechanische Prüfeinrichtungen bekannt geworden, die aber neben der Torsionsbeanspruchung auch nicht steuerbare Querkräfte auf den Prüfkörper aufbringen. Ein derartiger Yersuchsaufbaa irt auf Seile SU, BfId 24.43 dargestellt. Ein Versueufbau zar Ermittlung dft* KSSäm

6452

74*4#*Jtt.i.K

und Verformungen an Drehfedern tat ebenfalls bekannt geworden und In dem glelohen Buch auf Seite 330, Bild 32.17 dargestellt. Hierbei werden aber wiederum neben der Torstonsbelastung zwangsläufig auch nicht kontrollierbare QuerkrHfte in den PrUfstab mit eingeleitet.

Bei anderen bekannten PrUfelnrlchtungen werden die Torsionsbeanspruchungen durch Drehmassen hervorgerufen, deren Drehrichtung durch Umschalten von Motorantrieben nach bestimmten Funktionen festgelegt wird. Bei diesen PrUfständen sind aber Einschalteinflüsse der Antrlebsmotore ntoht ganz auszuschließen, so daß keine genau definierte Belastung vorliegt.

Aulgabe der Erfindung 1st es nun, eine Vorrichtung zum Prüfen der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, Insbesondere Speichenrädern, vorzuschlagen, bei der Torsionsmomente so eingeleitet werden können, daS die Querkrafibelastungen auf Null reduziert werden und somit aus-SflhJfrPfiHffh y*»rs*ff»M»T»««**»«Äw*A auftraten n*A ΛλΑ weiterhin nur In ihrer Größe einstellbare Querkräfte bei Bedarf einleitet werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genanntes Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einleitung einer Torslonsmomentenbelastung jeweils zwei gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 180° gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 180° verpetztem Abstand am Erregerstab über jeweils einen Hebelarm angreifen.

Das Toreionsmoment kann vorteilhaft über jeweils zwei, an jeweils einem mit dem Erregerstab drehfest verbundenen Aueleger gleichsinnig rotierende Gewichte, die um 180° gegenelander versetzt sind, eingeleitet werden. Es handelt eich demnach um Gewichtspaare, wobei die Gewichte eines jeden Paares auf gleicher Höhe und um 180° versetzt zueinander angeordnet sind.

ι , ι «—ι Α» μ · *

III ■ · Γι · · · '

Zur Erzeugung des Toreionsmomentes können die jeweils um 180 versetzten, sich auf gleicher Höhe befindlichen Gewichte Über einen Motor und ein Getriebe in Drehung versetzt werden. Durch die gleichsinnig rotierenden exzentrischen Massen werden Fliehkräfte konstanter Größe erzeugt. Bei der !Rotation ändert eich der Hebelarm dieses Kräftepaaree nach einer Slnusfunkilion bezüglich des Zentrums des Erregerstabes, so daß dadurch eine sinusförmige Torsionsbelastung in den Prüfkörper eingeleitet wird. Durch die Erfindung besteht weiteren die Möglichkeit, Querkräfte und damit Biegemomente beliebiger Größe zusätzlich zu dem Toreionsmoment einzuleiten, so daß bei Bedarf eine resultierende und wechselnd« Momentenelnleltung durchgeführt werden kann.

Die Größe der Momente kann durch die radiale Verschiebung der Gewichte bezüglich ihrer Drehachgen eingestellt werden. Desweiteren ist ebenfalls durch radiale Gewiofetsyerec.hiebung die Größe der Querkraftbelastung einzustellen, so daß man von einem querkraftfreien Torsionsmoment zu einer Querkraft beaufschlagten Torslonsmomentenelnleltung gelangt.

Das über den Erregerstab in das Speichenrad eingeleitete Torslonamoment kann mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, die am Erregerstab, vorzugsweise in dessen oberen Hälfte angebracht sind, gemessen und an eine Meßelektronik angezeigt werden. Auch kann In vorteilhafter Weise die Tordleruög des Erregerstabes gemessen werden, um die Torsionswsichheit des Prüfkörpers In Abhängigkeit von der Prüfzeit zu ermitteln und aufzuzeichnen. Desweiteren besteht die Möglichkeit, das eingeleitete Biegemoment durch Dehnungsmeßstreifen zu ermitteln und ebenfalls an einer Meßelektronik anzuzeigen.

7414888215.74

Die Erfindung hat insbesondere die Vorteile, daß bei einer Vorrichtung zur Lebensdauerprüfung von Fahrzeug rädern, insbesondere Speichenrädern, es möglich ist, nur reine, ihrer Größe nach einstellbare Torsionsmomente In den Prüfkörper einzuleiten und zusätzlich getrennt und ebenfalls einstellbare Biegemomente aufzubringen, wobei das Torsionsmoment bezüglich eines Punktes des Prüfkörpers nach einer Sinusfunktion wechseln kann, um die Anfahr- und Bremswirkungen am Speichenrad zu simulieren.

Anhand der belllegenden Figuren soll nun an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Anordnung der Gewichte, die das Torsions

moment und das Biegemoment einleiten können,

Fig. 2 die Darstellung des Torslonsmomentenverlaufs Ober der Zelt t; Flg. 3 schematisch den Blegemomentenverlauf Ober der Zeit t; Fig. 4 den mechanischen Teil der Gesamtvorrichtung in Seitenansicht,

wobei ein Schnitt durch die Mittelachse der Vorrichtung gelegt Ist;

Fig. 5 eine Draufsicht ausschließlich der erflndungsgemäfies über

wachungseinrichtung, wobei ein Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A in Flg. 4 durchgeführt wurde.

Gemäß Fig. 1 sind Gewichte 1 und 2 radial einstellbar an Stegen 3 und befestigt. Die Befestigung kann mit bekannten Mitteln durchgeführt «ein. Die Gewichte 1, 2 rotleren um Achsen B und 6 tm gleichen Drehsinn, wobei aber die Gewichte um 180° gegeneinander versetzt lind, Di*

740488022.5.74

Cl I « ""'

leitung des einstellbaren Torsionsmomentes erfolgt hierbei Ober die Mittelachse der Prüfmaschine, die gleichzeitig Drehachse 7 für ein das BLegemomeat erzeugendes Gewicht 8 sein kann, wobei die Drehrichtung entgegen den Gewichten 1 und 2 Ist, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß.

In Fig. 2 ist der sinusförmige Verlauf des Torsionsmomentes M_ über der Zelt t dargestellt. Unterhalb des Kurvenverlaufs sind (tie jeweils dazugehörenden Gewichtsstellungen schematisch angedeutet.

Fig. 3 zeigt den Blegemomentenverlauf M_ über der Zelt t, wobei die Größe des Biegemomentes M_ von der gewünschten Badlaet and der

Seltenlast abhängig Ist. Daswetteren kann die Blegemomenteneinleltung Ufa,IL . ß deaa88 5 erfolgen, um Λ3 /sisJiiXd^^ IqC. ^ßl^ne nicht in ihrer Größe von der eingestellten Badlaet abhttngtge 13. 3. "TH Seltenlast aufzubringen.

In Flg. 4 Ist ein Speichenrad Ii auf einem B&eehiBsatieeh 12 sissg Gesamtgehäuses 13, vorzugsweise mit Spannpratzen 14, festgeeptnnt. Ein Er reger stab 15 let am oberen Ende zu einem Flansch IS auegeschmiedet, so daß dieser mit bekannten Mitteln 17 mit dem Spelohenrad 11 verbunden werden kann. Ein Motor 42 treibt Über ein Getriebe 18, das die Übersetzung 1 haben kann, mit drei Zahnr&era Id₁ 20 und 21, drei Gelenkwellen 22-24 an. Die axial verschiebbaren Gelenkwellen und 24 sind wiederum mit Wellen 25 und 26 verbunden, die In Kugellageranordttungen 30 und Sl₁ welche in den Enden von Auslegern 48,44 untergebracht sind, drehbar gelagert sind. Dta obere Ende der Wellen 25 und 26 let einseitig ausgebildet, um als Geggeicht so dta Gewlohten 1 und 2 zu dienen, die auf Stegen 3 und 4 vertofalebbar sind. Die Arretierung der Geloht* 1 und 2 fcsa* mit

6452

ten, nicht dargestellten Mitteln erfolgen. Die axiale Verschiebbarkeit der Gelenkwellen 22 und 24 ermöglicht die Auslenkung der Achsen 5 und 6 infolge der rotierenden Gewichte 1 und 2.

Die Gelenkwelle 23 ist hingegen auf der Mittelachse des Prüf Standes 13 angeordnet und mit einem Erregerkopf 27 verbunden. Durch eine Kugellager anordnung 28 ist der Erregerkopf 27 rotationsfähig. Ein Gegengewicht 29 hat das gleiche Gewicht wie das biegemomenteinleitende Gewicht 8, so daß eine gegenseitige Kompensation möglich ist und damit eine querkraftfreie Torsionsmomentenbelastung des Prüfkörpers 11 eingestellt werden kann.

Die "Eichung der eingeleiteten Torsions- und Biegemomente erfolgt mit bekannten Mitteln durch eine Eichelnrichtung 32 und eine um 90° versetzte Eicheinrichtung 34. Eine Verbindung 33 zwischen der Einrichtung und dem Ervegerkopf 27 wird nach erfolgter Einstellung wieder gelöst. Bei der Eichung des Törsionsmomentes werden der Erregerstab 15 und der Erregerkopf 27 durch einen Stift 35 verdrehsicher miteinander verbunden.

Vorzugsweise im Aufspannbereich des Prüfkörpers 11 sind an dem Erregerstab 16 Dehnungsmeßstreifen 86 vorgesehen, insbesondere vier, die je um 90° versetzt am Umfang angeordnet sind. Diese Dehmiagemeßatreifeü 36 glad unter 45° bzw. ISS⁰ zur Torsionsachse angeordsdt aod messen das eingeleitete Torslonsmoment. Die Meßwerte werden dann zu einer nicht dargestellten Elektronik weitergeleitet. Vorzugsweise unterhalb der Dehnungsmeßstreifen 36 sind weiterhin Dehnungsmeßstreifen 37 vorgesehen, insbesondere vier, die je um 90° versetzt am Umfang des Erregerstabes 15 angeordnet sind und deren Signale geometrisch addiert werden* so daß immer der maximale Wert vorliegt und anschließend

748456022.6.71

ebenfalls einer nicht dargestellten Meßelektronik weitergeleitet, so daß das Biegemoment angezeigt wird.

Die Auslenkung des Erregerstabes 15 wird vorzugsweise über berührungslose mechanisch-elektrische Meßwertaufnehmer 38-40 gemessen, wie In Fig. 5 gezeigt, wobei insbesondere zwei Aufnehmer 38 und 39 die Auslenkung Infolge des eingeleiteten Biegemomentes aufnehmen. Diese Aufnehmer 38 und 39 sind um 90 zueinander am Umfang versetzt. Der Aufnehmer 40 ermittelt die Verdrehung des Erregerstabes 15 infolge des eingeleiteten Torsioosmomentes durch die Änderung des Abäiandes "a" zwischen dem Kopf des Aufnehmers 40 und einer am Erregerstab 15 angebrachten Meßfahne 41.

74048 eo 22.5.74

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Prüfung der Dauerfestigkeit von Rotationskörpern, Insbesondere Speichenrädern von Krafträdern, bei der der Rotationskörper ortsfest gehalten wird und mittels eines Erregerstabes, an dem Kräfte angreifen, eine Belastung in den Rotationskörper eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung einer Torslonsmomentenbelastung jeweils zwei gleichsinnig rotierende Gewichte (1, 2), die um 180° gegeneinander versetzt sind, mit gleichem, aber um 180 versetzten Abstand am Erregerstab (15) Ober jeweils einen Hebelarm angreifen.

2. Vo/ilchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Gewichte (1, 2) an den Enden von jeweils zwei auf gleicher Höhe mit dem Erregerstab (15) drehfeat verbundenen Auslegern (43, 44) drehbar gelagert sind.

S. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum zusätzlichen Einleiten eines in seiner Oröfie einstellbaren Biegemomentes ein oder mehrere um den Erregerstab (15) rotierende, radial verschiebbare Gewlohte vorgesehen sind, deren radialer Abstand vom Erregerstab einstellbar ist,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Gewlohte (1, 2) vorgesehen flad, so daß die Torslonsmomenten- belastung des Prüfkörpers (11) sinusförmig verläuft.

β. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mir Einstellung der Torslonemomeotenbelastung der radiale Abitand der Gewicht· (1. i) au Ihren Drehachfen (S, 6) verstellbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (3t\ 37) zur Messung C is Torsionsmomentes und/oder des Biegemomentes am Erregerstab (15) vorgesehen sind,

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Erregerstab (15) Meßwertaufnehmer (38, 39) zur Erfassung der Auslenkung Infolge des eingeleiteten Biegemomentes vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5* ^»durc-h gekennzeichnet, daß am Erregerstab (15) eine Meßfahne (41) und ein Meßwertaufnehmer (40) zur Erfassung der Verdrehung Infolge des eingeleiteten Torsionsmomentes vorgesehen Ist.

6452