EP1527826A1 - Schwingungserreger und Biegewechselfestigkeits-Prüfvorrichtung - Google Patents

Schwingungserreger und Biegewechselfestigkeits-Prüfvorrichtung Download PDF

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EP1527826A1
EP1527826A1 EP03450240A EP03450240A EP1527826A1 EP 1527826 A1 EP1527826 A1 EP 1527826A1 EP 03450240 A EP03450240 A EP 03450240A EP 03450240 A EP03450240 A EP 03450240A EP 1527826 A1 EP1527826 A1 EP 1527826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
masses
lever
mass
vibration generator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03450240A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst Dipl.-Ing. Gschweitl
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Individual
Original Assignee
Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the present invention relates to a vibration exciter for generating at least two opposite in a line of movement oscillating mass forces starting from rotating Unbalanced masses.
  • the invention further relates to an application such a vibrator in a device for bending fatigue test.
  • Vibration generators of the type mentioned are, for example used in materials testing to periodically Load change to a test specimen for bending or torsional strength tests applied. Is the natural resonance frequency of the system of test piece and oscillating parts of the system Test rig excited, high input power can be high Stresses of the test object can be effected.
  • high vibration frequencies are hydraulic Cylinder piston type vibration exciter due to its inertia not suitable; are electromagnetic vibration exciters for cost reasons in the performance and because of the distance decreasing field strength in the achievable oscillation stroke limited. Only mechanical vibration exciters with vibrating Masses are capable of delivering large enough forces Oscillation frequency causing a large oscillation stroke to create.
  • the invention has the object to provide a mechanical vibration exciter, with which at least two oppositely oscillating in a line of movement mass forces (so to speak, a "relative force”) can be generated starting from rotating imbalance masses.
  • a vibration exciter of the aforementioned type which is characterized according to the invention by two housing parts, which are guided relative to one another in the line of movement and over which the two mass forces can be diverted, a shaft which is axially normal to the movement line and carries a first imbalance mass on the first housing part, and a hollow shaft, which is mounted axially parallel to the shaft on the second housing part and this surrounding with play and carries a second imbalance mass, wherein the imbalance masses by 180 ° ⁇ ⁇ , with ⁇ ⁇ 90 °, offset from each other and are driven in the same direction.
  • a mechanical vibration exciter created which at the same time (at least) two can generate oppositely oscillating mass forces, and this in the simplest way with the help of rotating imbalance masses without any connecting rods or cranks.
  • the opening ones Applications are manifold: One such Vibration generator can in particular to a symmetrical loading used by test specimens in resonance test stands will be discussed in more detail below particularly trouble-free drive in compressors, as any Reciprocating drive, as any oscillating linear drive etc.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is characterized by the fact that the centers of gravity of the imbalance masses lie in a common plane, which is the line of movement contains and normal to the axes of shaft and hollow shaft is. This will cause the unwanted generation of a tilting moment avoided.
  • the offset of the imbalance masses is 180 °, which means exactly two opposing mass forces in the line of motion can be generated.
  • the displacement of the imbalance masses fluctuates in the course of one revolution sinusoidal between 180 ° - ⁇ and 180 ° + ⁇ (with ⁇ ⁇ 90 °).
  • the relative strength in addition to the two opposite swinging Mass forces (the "relative strength") also one - depending on Choice of maximum deflection angle ⁇ oriented - oscillating Absolute force generated, for example, an additional To produce vibrating force.
  • the shaft and the hollow shaft could to separate from, driven according to synchronized controllable motors become. Alternatively, they could be of a common, central Drive shaft with stationary axis over a scissor-like Disengaged apart or mutually moving gear rotation become. However, it is particularly favorable when the shaft and the hollow shaft are coupled in the direction of rotation, so that only one the parts shaft and hollow shaft must be driven.
  • the coupling of shaft and hollow shaft can be special on simple manner via a linear guide, which in Direction of an imaginary connecting line of the two imbalance masses runs.
  • An alternative advantageous variant exists to couple the shaft and the hollow shaft via a spring, which is approximately normal to the direction of an imaginary connecting line the two imbalance masses runs. This will be the prelude a disturbing differential rotational displacement in the clutch avoided.
  • a flexible shaft flanged to the shaft and / or the hollow shaft, a flexible shaft.
  • the oscillating system be rotated in a particularly simple way.
  • Another aspect of the invention is concerned with a advantageous application of the proposed vibration exciter in a device for testing the fatigue strength of a Test specimens by mechanical self-resonance excitation, the has two mutually spaced lever masses, between which the specimen is symmetrically clamped, namely for periodically applying a leverage on at least one of the leverages.
  • Such Device engages the first housing part of the vibration exciter at the first lever mass and the second housing part at the second lever mass in each case at a distance to the DUT.
  • At least one of the lever weights two two-armed lever symmetrically in a distance to the DUT, between which one lever arms of the Vibration exciter acts and their other lever arms via rods symmetrically at the other lever mass in each case at a distance attack the examinee.
  • test device thus enables a excellent symmetrical stress of a test object and much more accurate measurement results than all known solutions.
  • the mutual relative guidance the housing parts in a particularly simple manner a leaf spring can be achieved, which on the one hand at the first Lever mass which is connected to the first housing part, and on the other hand on the second housing part attacks and itself extends normal to the line of movement.
  • the length of the leaf spring and thus the radius of the relative movement of their ends are thereby chosen so that the movement of the leaf spring ends in the frame the desired measuring tolerances as quasi-linear (“linearised”) can be considered.
  • a further advantageous embodiment of the test device with a vibration generator that has a flexible shaft is that the flexible shaft at its other End is flanged to a controllable electric motor. Thereby can accurately control the vibration frequency on electric Ways are achieved.
  • a vibration exciter 1 comprises a first housing part 2 and a second housing part 3, the by means of a linear guide 4 in a line of movement 5 relative are guided to each other movable.
  • the first housing part 2 supports a shaft 6 via a bearing 6 7 axial normal to the line of movement 5.
  • the shaft 7 carries a first Imbalance mass 8.
  • the shaft 7 is surrounded by a hollow shaft 9 axially parallel.
  • the hollow shaft 9 is on the second housing part 3 via a bearing 10 is mounted and carries a second imbalance mass 11.
  • a radial Game 12 which is at least half of the operation of the vibration generator 1 between the housing parts 2 and 3 occurs vibration swing.
  • the unbalanced masses 8 and 11 are arranged offset by 180 ° to each other and so dimensioned that they generate in the same direction, synchronous rotation of shaft 7 and hollow shaft 9 opposite, circumferential masses (fleeing) forces F 1 and F 2 .
  • the centers of gravity of the unbalanced masses 8 and 11 lie in a common plane which contains the line of movement 5 and is normal to the axes of shaft 7 and hollow shaft 9, so that the mass forces F 1 and F 2 lie in a common plane.
  • the Imbalance mass 8 by means of a spacer 13 in the same Center distance attached as the imbalance mass 11, where the net mass of the spacer 13 by corresponding counter-masses 13 ' is compensated on the shaft 7.
  • the imbalance mass 8 is here in one of the unbalanced mass 11 opposite circumferential opening 14 of the hollow shaft.
  • the shaft 7 and the hollow shaft 9 could each separately be driven synchronously. However, they are preferably in the direction of rotation rigidly coupled, so that only one of the parts to drive is.
  • the drive can, for example, a flexible Shaft 15 (only partially shown in FIG. 3, see also FIG. 5).
  • FIG. 2 a shows a first variant of the coupling of shaft 7 and hollow shaft 9 via a linear guide 16, which in the direction an imaginary connecting line of the two imbalance masses 8 and 11 runs.
  • the linear guide 16 may, for example, a pin be, which is firmly anchored on the circumference of the hollow shaft 11 and the shaft 7 sliding through, or vice versa.
  • Fig. 2b shows a second variant of the coupling of shaft 7 and hollow shaft 9 via a spring 17, which is approximately normal to Direction of an imaginary connecting line of the two imbalance masses 8 and 11 runs.
  • the spring 17 can this Hub follow without relative forces in the direction of the stroke transferred, whereas it causes transversely to adhesion. This avoids the transmission of disturbing braking and acceleration forces, which otherwise (for example in the linear guide according to Fig. 2a) by the radial relative movement of the two equally fast rotating Parts are caused.
  • the masses (fleeing) forces F 1 and F 2 of the rotating unbalanced masses 8 and 11 can each be broken down into a horizontal component F 1H or F 2H and a vertical component F 1V or F 2V .
  • the horizontal component F 1H of the imbalance mass 8 acts via the bearing 6 normally on the linear guide 4 and thus the on the bearing 10 also normally acting on the linear guide 4 horizontal component F 2H of the imbalance mass 11 against.
  • the horizontal components F 1H and F 2H thus cancel each other out in their effect.
  • the vertical component F 1V of the imbalance mass 8 acts via the bearing 6 only on the first housing part 2 (because it is not transferred further by the linear guide 4) and can be tapped off or removed from the housing part 2.
  • the vertical component F 2V of the unbalanced mass 11 acts via the bearing 10 only on the second housing part 3 and can be tapped or discharged at this.
  • Fig. 4 shows a first application of the vibration exciter 1 by means of a device 18 for testing the bending fatigue strength by means of mechanical self-resonance excitation.
  • the device 18 includes two spaced apart ones Lever masses 19, 20 between which a specimen 21, e.g. a Motor vehicle crankshaft, symmetrically clamped.
  • the entire system of lever weights 19, 20 and test specimen 21 is e.g. suspended at 22 free-swinging and by periodic Applying a force excited to self-resonance, u.zw. preferably in a vibration mode, which the test specimen claimed in the manner of a swinging rod to changing bending, as known in the art.
  • the first housing part 2 at the first lever mass 19 acts at a distance from the specimen 21.
  • the second housing part 3 of the vibration generator 1 engages over a Connecting rod 23 on the second lever mass 20 in the same Distance to the test piece 21 at.
  • the mutual linear guide 4 of the housing parts 2 and 3 is accomplished by a leaf spring 24, which on the one hand on the first lever mass 19, which is connected to the first housing part 2 is connected, and on the other hand directly on the second housing part. 3 engages and extends normally to the movement line 5.
  • the vibration exciter 1 brings two opposite vibrating mass forces on the two lever weights 19 and 20, whereby the specimen 21 in the plane of the drawing 4 is claimed to changing bending.
  • Fig. 5 shows a second application of the vibration exciter 1 by means of a device 18 'for testing the fatigue strength by means of mechanical self-resonance excitation.
  • the device 18 ' is the same structure as the device 18 of Fig. 4 and like reference numerals designate like parts, with the following exceptions.
  • the lever mass 19 stores here at two symmetrical and in a distance from the specimen 21 lying articulation points 25, 26th each a two-armed lever 27 and 28, between the one Lever arms 29, 30 - but on opposite sides the same - the vibration exciter 1 acts.
  • the others Lever arms 31, 32 engage via connecting rods 33, 34 on the Lever mass 20 symmetrically and at the same distance to the test piece 21st at.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger (1) zum Erzeugen zumindest zweier entgegengesetzt in einer Bewegungslinie (5) schwingender Massenkräfte (F1V, F2V) ausgehend von rotierenden Unwuchtmassen (8, 11), mit zwei Gehäuseteilen (2, 3), die in der Bewegungslinie (5) relativ zueinander geführt (4) sind und über welche die beiden Massenkräfte (F1V, F2V) ausleitbar sind, einer Welle (7), die am ersten Gehäuseteil (2) axialnormal zur Bewegungslinie (5) gelagert ist und eine erste Unwuchtmasse (8) trägt, und einer Hohlwelle (9), welche am zweiten Gehäuseteil (3) axialparallel zur Welle (7) und diese mit Spiel (12) umgebend gelagert ist und eine zweite Unwuchtmasse (11) trägt, wobei die Unwuchtmassen (8, 11) um 180° ± Δ, mit Δ <= 90°, zueinander versetzt und gleichsinnig antreibbar sind. Die Erfindung betrifft ferner Anwendungen des Schwingungserregers (1) in Vorrichtungen (18, 18') zur Biegewechselfestigkeitsprüfung. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungserreger zum Erzeugen zumindest zweier entgegengesetzt in einer Bewegungslinie schwingender Massenkräfte ausgehend von rotierenden Unwuchtmassen. Die Erfindung betrifft ferner eine Anwendung eines solchen Schwingungserregers in einer Vorrichtung zur Biegewechselfestigkeitsprüfung.
Schwingungserreger der eingangs genannten Art werden beispielsweise in der Materialprüfung eingesetzt, um periodisch Lastwechsel auf einen Prüfling für Biege- oder Torsionsfestigkeitsprüfungen aufzubringen. Wird dabei die Eigenresonanzfrequenz des Systems aus Prüfling und schwingenden Teilen des Prüfstandes angeregt, können mit geringer Eingangsleistung hohe Beanspruchungen des Prüflings bewirkt werden. Für die dazu erforderlichen hohen Schwingungsfrequenzen sind hydraulische Schwingungserreger vom Zylinder-Kolbentyp aufgrund ihrer Trägheit nicht geeignet; elektromagnetische Schwingungserreger sind aus Kostengründen in der Leistung und aufgrund der mit der Entfernung abnehmenden Feldstärke im erzielbaren Schwingungshub begrenzt. Einzig mechanische Schwingungserreger mit schwingenden Massen sind in der Lage, ausreichend große Kräfte mit hoher Schwingungsfrequenz unter Bewirkung eines großen Schwingungshubs zu erzeugen.
Alle bekannten Schwingungserreger mit schwingenden Massen können jedoch stets nur eine einzige in einer Bewegungslinie schwingende Massenkraft (gleichsam eine "Absolutkraft") erzeugen: Dazu enthalten sie zwei parallele, in einem gemeinsamen Gehäuse gelagerte und gegensinnig rotierende Unwuchtmassen, deren Massenkräfte sich in der durch die Drehachsen aufgespannten Ebene kompensieren, normal dazu jedoch addieren und über das Gehäuse als resultierende schwingende Massenkraft ausleitbar sind (sog. Unwuchtrüttler mit Lanchester-Ausgleich).
Gegenüber diesem Stand der Technik setzt sich die Erfindung zum Ziel, einen mechanischen Schwingungserreger zu schaffen, mit welchem gleichzeitig zumindest zwei entgegengesetzt in einer Bewegungslinie schwingende Massenkräfte (sozusagen eine "Relativkraft") ausgehend von rotierenden Unwuchtmassen erzeugt werden können. Diese Ziel wird mit einem Schwingungserreger der einleitend genannten Art erreicht, der sich gemäß der Erfindung auszeichnet durch
   zwei Gehäuseteile, die in der Bewegungslinie relativ zueinander geführt sind und über welche die beiden Massenkräfte ausleitbar sind,
   eine Welle, die am ersten Gehäuseteil axialnormal zur Bewegungslinie gelagert ist und eine erste Unwuchtmasse trägt, und
   eine Hohlwelle, welche am zweiten Gehäuseteil axialparallel zur Welle und diese mit Spiel umgebend gelagert ist und eine zweite Unwuchtmasse trägt,
   wobei die Unwuchtmassen um 180° ± Δ, mit Δ ≤ 90°, zueinander versetzt und gleichsinnig antreibbar sind.
Auf diese Weise wird erstmals ein mechanischer Schwingungserreger geschaffen, welcher gleichzeitig (zumindest) zwei entgegengesetzt schwingende Massenkräfte erzeugen kann, und dies auf einfachste Art und Weise mit Hilfe rotierender Unwuchtmassen ohne jedwede Pleuel oder Kurbeln. Die sich eröffnenden Anwendungsmöglichkeiten sind mannigfach: Ein solcher Schwingungserreger kann insbesondere zu einer symmetrischen Beaufschlagung von Prüflingen in Resonanzprüfständen verwendet werden, wie weiter unten noch ausführlicher erörtert wird, als besonders störungsunanfälliger Antrieb in Kompressoren, als beliebiger Hubkolbenantrieb, als beliebiger schwingender Linearantrieb usw.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Schwerpunkte der Unwuchtmassen in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche die Bewegungslinie enthält und zu den Achsen von Welle und Hohlwelle normal ist. Dadurch wird die unerwünschte Erzeugung eines Kippmomentes vermieden.
In einer ersten besonders bevorzugten Variante der Erfindung beträgt der Versatz der Unwuchtmassen 180°, wodurch genau zwei entgegengesetzt in der Bewegungslinie schwingende Massenkräfte erzeugen werden können.
In einer alternativen bevorzugten Variante der Erfindung schwankt der Versatz der Unwuchtmassen im Verlauf einer Umdrehung sinusförmig zwischen 180° - Δ und 180° + Δ (mit Δ ≤ 90°). Dadurch kann zusätzlich zu den zwei entgegengesetzt schwingenden Massenkräften (der "Relativkraft") auch noch eine - je nach Wahl des maximalen Auslenkwinkels Δ orientierte - schwingende Absolutkraft erzeugt werden, beispielsweise um eine zusätzliche Rüttelkraft zu erzeugen.
Die Welle und die Hohlwelle könnten dazu von gesonderten, entsprechend synchronisierten regelbaren Motoren angetrieben werden. Alternativ könnten sie von einer gemeinsamen, zentralen Antriebswelle mit ruhender Achse über ein sich scherenartig auseinander- bzw. zueinander bewegendes Getriebe drehangetrieben werden. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Welle und die Hohlwelle in Drehrichtung gekuppelt sind, so daß nur einer der Teile Welle und Hohlwelle angetrieben werden muß.
Die Kupplung von Welle und Hohlwelle kann auf besonders einfache Weise über eine Linearführung erfolgen, welche in Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen verläuft. Eine alternative vorteilhafte Variante besteht darin, die Welle und die Hohlwelle über eine Feder zu kuppeln, welche etwa normal zur Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen verläuft. Dadurch wird die Einleitung einer störenden Differenz-Drehverschiebung in die Kupplung vermieden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist an die Welle und/oder die Hohlwelle eine biegsame Welle angeflanscht. Über diese biegsame Welle kann das schwingende System auf besonders einfache Art drehangetrieben werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung befaßt sich mit einer vorteilhaften Anwendung des vorgestellten Schwingungserregers in einer Vorrichtung zur Prüfung der Biegewechselfestigkeit eines Prüflings mittels mechanischer Eigenresonanzanregung, die zwei einander mit Abstand gegenüberliegende Hebelmassen aufweist, zwischen denen der Prüfling symmetrisch einspannbar ist, und zwar zum periodischen Aufbringen einer Hebelkraft auf zumindest eine der Hebelmassen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer solchen Vorrichtung greift der erste Gehäuseteil des Schwingungserregers an der ersten Hebelmasse und der zweite Gehäuseteil an der zweiten Hebelmasse jeweils in einem Abstand zum Prüfling an.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform lagert zumindest eine der Hebelmassen zwei zweiarmige Hebel symmetrisch in einem Abstand zum Prüfling, zwischen deren einen Hebelarmen der Schwingungserreger wirkt und deren andere Hebelarme über Stangen symmetrisch an der anderen Hebelmasse jeweils in einem Abstand zum Prüfling angreifen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Prüfvorrichtungen, bei welchen stets nur eine der Hebelmassen mit einer schwingenden Massenkraft (in der Regel mit einem Unwuchtrüttler mit Lanchester-Ausgleich) beaufschlagt wird, was zu unsymmetrischen Beanspruchungen des Prüflings und damit Meßverfälschungen führt, können mit dem Schwingungserreger der Erfindung erstmals gleichzeitig beide Hebelmassen synchron und gegenphasig beaufschlagt werden, u.zw. in der ersten Ausführungsform beide Hebelmassen jeweils auf einer ihrer Seiten, in der zweiten Ausführungsform beide Hebelmassen sogar auf ihren beiden Seiten.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ermöglicht damit eine ausgezeichnet symmetrische Beanspruchung eines Prüflings und wesentlich genauere Meßergebnisse als alle bekannten Lösungen.
Bei der ersten Ausführungsform kann die gegenseitige Relativführung der Gehäuseteile auf besonders einfache Weise durch eine Blattfeder erreicht werden, welche einerseits an der ersten Hebelmasse, die mit dem ersten Gehäuseteil verbunden ist, und anderseits an dem zweitem Gehäuseteil angreift und sich normal zur Bewegungslinie erstreckt. Die Länge der Blattfeder und damit der Radius der Relativbewegung ihrer Enden werden dabei so gewählt, daß die Bewegung der Blattfederenden im Rahmen der gewünschten Meßtoleranzen als quasi-linear ("linearisiert") betrachtet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Prüfvorrichtung mit einem Schwingungserreger, der eine biegsame Welle aufweist, besteht darin, daß die biegsame Welle an ihrem anderen Ende an einen regelbaren Elektromotor angeflanscht ist. Dadurch kann eine genaue Steuerung der Schwingungsfrequenz auf elektrischem Wege erzielt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
  • Fig. 1 das Funktionsprinzip des Schwingungserregers der Erfindung in einer schematisierten Schnittansicht,
  • die Fig. 2a und 2b zwei Varianten der Kupplung von Welle und Hohlwelle in schematisierten Schnittansichten,
  • Fig. 3 eine Ausführungsform des Schwingungserregers der Erfindung in einem Axialschnitt, und
  • die Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Prüfvorrichtungen jeweils in einer schematischen Seitenansicht.
    • Gemäß den Fig. 1 und 3 umfaßt ein Schwingungserreger 1 einen ersten Gehäuseteil 2 und einen zweiten Gehäuseteil 3, die mittels einer Linearführung 4 in einer Bewegungslinie 5 relativ zueinander beweglich geführt sind.
    Der erste Gehäuseteil 2 lagert über ein Lager 6 eine Welle 7 axialnormal zur Bewegungslinie 5. Die Welle 7 trägt eine erste Unwuchtmasse 8.
    Die Welle 7 ist von einer Hohlwelle 9 axialparallel umgeben. Die Hohlwelle 9 ist am zweiten Gehäuseteil 3 über ein Lager 10 gelagert ist und trägt eine zweite Unwuchtmasse 11.
    Zwischen der Welle 7 und der Hohlwelle 9 verbleibt ein radiales Spiel 12, welches mindestens die Hälfte des im Betrieb des Schwingungserregers 1 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 auftretenden Schwingungshubes beträgt.
    Die Unwuchtmassen 8 und 11 sind um 180° zueinander versetzt angeordnet und so bemessen, daß sie bei gleichsinniger, synchroner Drehung von Welle 7 und Hohlwelle 9 einander entgegengesetzte, umlaufende Massen(flieh)kräfte F1 bzw. F2 erzeugen. Bevorzugt liegen die Schwerpunkte der Unwuchtmassen 8 und 11 in einer gemeinsamen Ebene, welche die Bewegungslinie 5 enthält und zu den Achsen von Welle 7 und Hohlwelle 9 normal ist, so daß auch die Massenkräfte F1 und F2 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
    Zur einfacheren Dimensionierung ist zwecks Kompensation der unterschiedlichen Radien von Welle 7 und Hohlwelle 9 die Unwuchtmasse 8 mit Hilfe eines Abstandhalters 13 im selben Achsabstand befestigt wie die Unwuchtmasse 11, wobei die Eigenmasse des Abstandhalters 13 durch entsprechende Gegenmassen 13' auf der Welle 7 kompensiert wird. Die Unwuchtmasse 8 liegt dabei in einer der Unwuchtmasse 11 gegenüberliegenden Umfangsöffnung 14 der Hohlwelle 9.
    Die Welle 7 und die Hohlwelle 9 könnten jeweils gesondert synchron angetrieben werden. Bevorzugt sind sie jedoch in Drehrichtung starr gekuppelt, so daß nur einer der Teile anzutreiben ist. Der Antrieb kann beispielsweise über eine biegsame Welle 15 (in Fig. 3 nur teilweise dargestellt, siehe auch Fig. 5) erfolgen.
    Fig. 2a zeigt eine erste Variante der Kupplung von Welle 7 und Hohlwelle 9 über eine Linearführung 16, welche in Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen 8 und 11 verläuft. Die Linearführung 16 kann beispielsweise ein Stift sein, welcher am Umfang der Hohlwelle 11 fest verankert ist und die Welle 7 gleitend durchsetzt, oder umgekehrt.
    Fig. 2b zeigt eine zweite Variante der Kupplung von Welle 7 und Hohlwelle 9 über eine Feder 17, welche etwa normal zur Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen 8 und 11 verläuft. Im Betrieb, wenn zwischen Welle 7 und Hohlwelle 9 ein Schwingungshub auftritt, kann die Feder 17 diesem Hub folgen, ohne Relativkräfte in Richtung des Hubes zu übertragen, wogegen sie quer dazu Kraftschluß bewirkt. Dies vermeidet die Übertragung störender Brems- und Beschleunigungskräfte, welche sonst (z.B. bei der Linearführung nach Fig. 2a) durch die radiale Relativbewegung der beiden gleich schnell rotierenden Teile hervorgerufen werden.
    Die Funktionsweise des Schwingungserregers wird nun anhand von Fig. 1 ausführlicher erläutert. Die Massen(flieh)kräfte F1 und F2 der rotierenden Unwuchtmassen 8 und 11 lassen sich jeweils in eine horizontale Komponente F1H bzw. F2H und eine vertikale Komponente F1V bzw. F2V zerlegen.
    Die horizontale Komponente F1H der Unwuchtmasse 8 wirkt über das Lager 6 normal auf die Linearführung 4 und damit der über das Lager 10 ebenfalls normal auf die Linearführung 4 einwirkenden horizontalen Komponente F2H der Unwuchtmasse 11 entgegen. Die horizontalen Komponenten F1H und F2H heben sich somit in ihrer Wirkung gegenseitig auf.
    Die vertikale Komponente F1V der Unwuchtmasse 8 wirkt hingegen über das Lager 6 nur auf den ersten Gehäuseteil 2 (denn sie wird von der Linearführung 4 nicht weiterübertragen) und ist kann am Gehäuseteil 2 abgegriffen bzw. ausgeleitet werden.
    In gleicher Weise wirkt die vertikale Komponente F2V der Unwuchtmasse 11 über das Lager 10 nur auf den zweiten Gehäuseteil 3 und kann an diesem abgegriffen bzw. ausgeleitet werden.
    Fig. 4 zeigt eine erste Anwendung des Schwingungserregers 1 anhand einer Vorrichtung 18 zur Prüfung der Biegewechselfestigkeit mittels mechanischer Eigenresonanzanregung. Die Vorrichtung 18 umfaßt zwei einander mit Abstand gegenüberliegenden Hebelmassen 19, 20, zwischen denen ein Prüfling 21, z.B. eine Kraftfahrzeug-Kurbelwelle, symmetrisch einspannbar ist.
    Das gesamte System aus Hebelmassen 19, 20 und Prüfling 21 wird z.B. bei 22 freischwingend aufgehängt und durch periodisches Aufbringen einer Kraft bis zur Eigenresonanz angeregt, u.zw. bevorzugt in einem Schwingungsmodus, welcher den Prüfling in der Art eines schwingenden Stabes auf wechselnde Biegung beansprucht, wie in der Technik bekannt.
    Zum Aufbringen der periodischen Kraft dient ein Schwingungserreger 1, dessen erster Gehäuseteil 2 an der ersten Hebelmasse 19 in einem Abstand vom Prüfling 21 angreift. Der zweite Gehäuseteil 3 des Schwingungserregers 1 greift über eine Verbindungsstange 23 an der zweiten Hebelmasse 20 in gleichem Abstand zum Prüfling 21 an.
    Die gegenseitige Linearführung 4 der Gehäuseteile 2 und 3 wird durch eine Blattfeder 24 bewerkstelligt, welche einerseits an der ersten Hebelmasse 19, die mit dem ersten Gehäuseteil 2 verbunden ist, und anderseits direkt am zweiten Gehäuseteil 3 angreift und sich normal zur Bewegungslinie 5 erstreckt.
    Auf diese Weise bringt der Schwingungserreger 1 zwei entgegengesetzt schwingende Massenkräfte auf die beiden Hebelmassen 19 und 20 auf, wodurch der Prüfling 21 in der Zeichnungsebene von Fig. 4 auf wechselnde Biegung beansprucht wird.
    Fig. 5 zeigt eine zweite Anwendung des Schwingungserregers 1 anhand einer Vorrichtung 18' zur Prüfung der Biegewechselfestigkeit mittels mechanischer Eigenresonanzanregung. Die Vorrichtung 18' ist gleich aufgebaut wie die Vorrichtung 18 von Fig. 4 und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile, mit den folgenden Ausnahmen.
    Die Hebelmasse 19 lagert hier an zwei symmetrisch und in einem Abstand zum Prüfling 21 liegenden Anlenkpunkten 25, 26 jeweils einen zweiarmigen Hebel 27 bzw. 28, zwischen deren einen Hebelarmen 29, 30 - jedoch auf entgegengesetzten Seiten derselben - der Schwingungserreger 1 wirkt. Die jeweils anderen Hebelarme 31, 32 greifen über Verbindungsstangen 33, 34 an der Hebelmasse 20 symmetrisch und im selben Abstand zum Prüfling 21 an.
    Dadurch werden die Hebelmassen 19, 20 jeweils alternierend und symmetrisch bezüglich des Prüflings 21 so beaufschlagt, daß der Prüfling 21 in der Zeichnungsebene von Fig. 5 exakt symmetrisch auf wechselnde Biegung beansprucht wird. In Fig. 5 ist ferner ein regelbarer Elektromotor 35 gezeigt, welcher den Schwingungserreger 1 über die biegsame Welle 15 antreibt.
    Es ist ersichtlich, daß die Konstruktion und die Bewegungen der Gehäuseteile 2, 3 bzw. der Welle 7 und der Hohlwelle 9 auch kinematisch umgekehrt werden könnte, ohne die Funktionsweise des Schwingungserregers 1 bzw. der Prüfvorrichtungen 18, 18' zu beeinträchtigen. Die Erfindung ist demgemäß nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

    Claims (12)

    1. Schwingungserreger (1) zum Erzeugen zumindest zweier entgegengesetzt in einer Bewegungslinie (5) schwingender Massenkräfte (F1V, F2V) ausgehend von rotierenden Unwuchtmassen (8, 11), gekennzeichnet durch
         zwei Gehäuseteile (2, 3), die in der Bewegungslinie (5) relativ zueinander geführt (4) sind und über welche die beiden Massenkräfte (F1v, F2v) ausleitbar sind,
         eine Welle (7), die am ersten Gehäuseteil (2) axialnormal zur Bewegungslinie (5) gelagert ist und eine erste Unwuchtmasse (8) trägt, und
         eine Hohlwelle (9), welche am zweiten Gehäuseteil (3) axialparallel zur Welle (7) und diese mit Spiel (12) umgebend gelagert ist und eine zweite Unwuchtmasse (11) trägt,
         wobei die Unwuchtmassen (8, 11) um 180 ° ± Δ, mit Δ ≤ 90°, zueinander versetzt und gleichsinnig antreibbar sind.
    2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunkte der Unwuchtmassen (8, 11) in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche die Bewegungslinie (5) enthält und zu den Achsen von Welle (7) und Hohlwelle (9) normal ist.
    3. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz der Unwuchtmassen 180° beträgt.
    4. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz der Unwuchtmassen im Verlauf einer Umdrehung sinusförmig zwischen 180° - Δ und 180° + Δ schwankt.
    5. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) und die Hohlwelle (9) in Drehrichtung gekuppelt sind.
    6. Schwingungserreger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) und die Hohlwelle (9) über eine Linearführung (16) gekuppelt sind, welche in Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen (8, 11) verläuft.
    7. Schwingungserreger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) und die Hohlwelle (9) über eine Feder (17) gekuppelt sind, welche etwa normal zur Richtung einer gedachten Verbindungslinie der beiden Unwuchtmassen (8, 11) verläuft.
    8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Welle (7) und/oder die Hohlwelle (9) eine biegsame Welle (15) angeflanscht ist, über welche sie antreibbar ist.
    9. Vorrichtung (18) zur Prüfung der Biegewechselfestigkeit eines Prüflings (21) mittels mechanischer Eigenresonanzanregung, mit zwei einander mit Abstand gegenüberliegenden Hebelmassen (19, 20), zwischen denen der Prüfling (21) symmetrisch einspannbar ist, und einer Einrichtung zum periodischen Aufbringen einer Hebelkraft auf zumindest eine der Hebelmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zumindest einen Schwingungserreger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, dessen erster Gehäuseteil (2) an der ersten Hebelmasse (19) und dessen zweiter Gehäuseteil (3) an der zweiten Hebelmasse (20) jeweils in einem Abstand zum Prüfling (21) angreift.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (4) der Gehäuseteile relativ zueinander durch eine Blattfeder (24) erfolgt, welche einerseits an der ersten Hebelmasse (19), die mit dem ersten Gehäuseteil (2) verbunden ist, und anderseits an dem zweitem Gehäuseteil (3) angreift und sich normal zur Bewegungslinie (5) erstreckt.
    11. Vorrichtung (18') zur Prüfung der Biegewechselfestigkeit eines Prüflings (21) mittels mechanischer Eigenresonanzanregung, mit zwei einander mit Abstand gegenüberliegenden Hebelmassen (19, 20), zwischen denen der Prüfling (21) symmetrisch einspannbar ist, und einer Einrichtung zum periodischen Aufbringen einer Hebelkraft auf zumindest eine der Hebelmassen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine (19) der Hebelmassen zwei zweiarmige Hebel (27, 28) symmetrisch in einem Abstand zum Prüfling (21) lagert, zwischen deren einen Hebelarmen (29, 30) ein Schwingungserreger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wirkt und deren andere Hebelarme (31, 32) über Stangen (33, 34) symmetrisch an der anderen Hebelmasse (20) jeweils in einem Abstand zum Prüfling (21) angreifen.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Welle (15) an ihrem anderen Ende an einen regelbaren Elektromotor (35) angeflanscht ist.
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    WO2000055430A1 (en) * 1999-03-18 2000-09-21 Ulf Bertil Andersson Device for generating mechanical vibration

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