DD238448A1 - Pruefstand zur dynamischen pruefung von gelenk- und kardanwellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pruefstand zur dynamischen Pruefung von Gelenk- und Kardanwellen, bei dem die Verdrehbelastung durch Verspannen des Prueflings erfolgt. Ziel der Erfindung ist es, einen Pruefstand zu schaffen, der sich durch eine Vereinfachung seines konstruktiven Aufbaues auszeichnet, bei gleichzeitiger Vervollkommnung der Untersuchungsmoeglichkeiten an Gelenkwellenpaaren und Einzelgelenkwellen. Dies geschieht, indem der Pruefstand so ausgebildet ist, dass die dynamische Untersuchung von Gelenkwellenpaaren und Einzelgelenkwellen sowie von Kardanwellen bei deren nicht rotierender Bewegung um ihre Laengsachse erfolgen kann. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass der Pruefstand derart aufgebaut ist, dass die dynamische Untersuchung trotz statischer Einspannung der Gelenke ermoeglicht wird, indem die Rotation der letzteren durch eine umlaufende Beugung ersetzt wird, wobei in den Gelenken eine Relativdrehung erfolgt. Fig. 1

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, den Prüfstand so auszubilden, daß die dynamische Untersuchung von Gelenkwellenpaaren und Einzelgelenkwellen sowie von Kardanwellen bei deren nicht rotierender Bewegung um ihrer Längsachse erfolgen kann. Das Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zur Prüfung von Gelenkwellenpaaren zwecks Aufbringung eines Dreh- und Verspannmomentes jeweils eines der äußeren Gelenke verdrehbar, das andere hingegen verdrehfest gelagert ist und beide äußere Gelenke unabhängig voneinander vertikal und in zwei Ebenen horizontal ortsbeweglich verstellbar gelagert sind. Die beiden inneren Gelenke sind drehbar und gegenüber der Nullachse umlaufend mit dem Prüfstandsantrieb verbunden, dergestalt, daß jedes der beiden inneren Gelenke um einen beidseitig gleichgroßen, einstellbaren Abstand gegenüber der Nullachse auslenkbar ist. Zur Prüfung einer Einzelgelenkwelle ist deren inneres Gelenk verdrehfest umlaufend mit dem Prüfstandantrieb verbunden.

Dieser erfindungsgemäße Aufbau des Prüfstandes ermöglicht die dynamische Prüfung der Gelenke trotz deren statischer Einspannung, indem die Rotation der Gelenkwellen um ihre Längsachse durch eine umlaufende Beugung der Gelenke ersetzt wird. Damit ist es möglich, die bisher als servohydraulische Verspanneinrichtung verwendeten Drehzylinder durch in ihrem Aufbau einfachere und problemlosere hydraulische Linearzylinder zu ersetzen und so den gesamten Prüfstandsaufbau zu vereinfachen.

Durch die voneinander unabhängigen ortsbewegliche Lagerung der äußeren Gelenke in drei Ebenen bei jeweils beidseitig gleichgroßen Abstand der inneren Gelenke gegenüber der Nullachse lassen sich nicht nur beidseitig gleiche Beugewinkel, d. h. für die beidseitig gleiche Einfederung, simulieren, sondern es ist auch möglich, beidseitig ungleiche Beugewinkel, d.h. für die einseitge oder beidseitig ungleiche Einfederung, nachfahren zu können.

Damit ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand die Anwendbarkeit hinsichtlich Simulierung der tatsächlichen Fahrzuständen wesentlich zu vervollkommnen.

Schließlich ermöglicht die nicht rotierende Gelenkwelle infolge des entfallenden Übertragungsaufwandes bei der Meßwertaufnahme von rotierenden Teilen gleichzeitig Untersuchungen (z. B Spannungs- und Temperaturmessungen) an mehreren Stellen der Gelenkwelle und insbesondere an deren Gelenken durchzuführen, die bisher nicht oder nur schwer zugänglich waren.

Ausfühungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Vorderansicht des schematisierten Prüfstandaufbaues

Fig.2: Draufsicht gemäß Fig. 1

Fig. 3: Längsschnitt der Antriebs- und Lagereinheit

Fig.4: Seitenansicht gemäß Fig.3

Der Unterbau 1 trägt eine Antriebs- und Lagereinheit 2 und zwei seitlich davon angeordnete Lager- und Verspanneinheiten 3 (siehe Fig. 1 und 2).

Die Lager- und Verspanneinheiten 3 sind in zwei Ebenen horizontal und in einer Ebene vertikal auf dem Unterbau 1 verstellbar gelagert und zwar unabhängig voreinander. Zusätzlich sind die Einheiten 3 um ihre Vertikalachse schwenkbar auf dem Unterbau 1 gelagert. Zwischen der Antriebseinheit 2 und den Verspanneinheiten 3 sind die Prüflinge 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gelenkwellenpaar, angeordnet. Je eines der äußeren Gelenke 5 ist in seiner zugehörigen Einheit 3 verdrehbar, das andere hingegen in seiner zugehörigen Einheit 3 verdrehfest gelagert.

Die beiden inneren Gelenke 6 sind drehbar und gegenüber der Achse 0-0 umlaufend mit der Einheit 2 verbunden.

Dabei sind beide Gelenke 6 um einen beidseitig gleichgroßen, einstellbaren Abstand a gegenüber der Achse 0-0 auslenkbar. Die konstruktive Ausbildung der Lagerung sowie der Verstellmöglichkeit ist in den Figuren 3 und 4 vereinfacht dargestellt.

Über eine Lagerung 7 ist in der Antriebs- und Lagereinheit 2 eine Exzenterscheibe 8 drehbar gelagert. Sie wird durch ein Antriebselement 9 herkömmlicher Bauart in Rotation versetzt. In der Exzenterscheibe 8 ist die Hülse 10 in einer Lagereinheit 11 drehbar aufgenommen und kann um den Betrag a gegenüber der Achse 0-0 ausgelenkt werden.

Die inneren Gelenke 6 werden über ein Keilwellenprofil in der Hülse 10 verdrehfest miteinander verbunden.

Die Bezeichnungen inners bzw. äußeres Gelenk dienen lediglich der Beschreibung des Prüfstandsaufbaues und stellen keine vorgeschriebene Einbaurichtung der Gelenkwelle dar.

Über das Antriebselement 9 wird die Exzenterscheibe 8 in Rotation versetzt, wodurch bei einem vorgegebenen Abstand a die inneren Gelenke 6 um die Achse 0-0 umlaufen. Dabei tritt innerhalb der Gelenke 5; 6 eine Relativdrehung auf. Durch Aufbringung eines Verspannmomentes Μδ auf eines der in seiner zugehörigen Lager-oder Verspanneinheit 3 verdrehbar gelagerten äußeren Gelenks 5 wird der aus den beiden Prüflingen 4 bestehenden Gelenkwellenstrang gegenüber der anderen Einheit 3 verspannt, wobei die Hülse 10 im Lager 11 eine Relativdrehung ausführt. Auf diese Weise kann die Drehmomentbelastung des Gelenkwellenstranges simuliert werden. Die Einleitung des Drehmomentes Μδ kann durch einfache Stellglieder, beispielsweise einen hydraulischen Linearzylinder erfolgen.

Durch die voneinander unabhängig ortsbewegliche Lagerung der äußeren Gelenke 5 in den Einheiten 3 in drei Ebenen (siehe die Pfeilrichtungen in Fig. 1 und 2) bei jeweils beidseitig gleichgroßem Abstand a der inneren Gelenke 6 gegenüber der Achse 0-0 lassen sich die verschiedensten Beugewinkel 8 bei den unterschiedlichsten Fahrzuständen simulieren.

So ist es möglich beidseitig gleiche Beugewinkel ß, d. h. für die beidseitige gleiche Einfederung und auch ungleiche Beugewinkel ß, d.h. für die einseitige oder beidseitig ungleiche Einfederung, nachzufahren. Durch entsprechende Abstandsänderung der Einheiten 3 gegenüber der Einheit 2 können auch Gelenkwellenstränge, die aus Prüflingen 4 mit unterschiedlicher Länge bestehen, erprobt werden.

Mit den hier beschriebenen Möglichkeiten, die in den verschiedensten Arten miteinander kombiniert werden können, wird die

Voraussetzung geschaffen, trotz statischer Einspannung der Gelenke, Gelenkwellen oder Gelenkwellenpaare bei den unterschiedlichsten Fahrzeugständen dynamisch zu untersuchen. Dabei können die Stellglieder, insbesondere zur Simulierung des Drehmomentes, in ihrem Aufbau einfache hydraulische Stellzylinder sein, die in an sich bekannter Weise an eine rechnergestützte Elektro-Servo-Hydraulik-Anlage angeschlossen sind.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   Prüfstand zur dynamischen Prüfung von Gelenk- und Kardanwellen, bei dem die Verdrehbelastung durch Verspannen des Prüflings erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß zur Prüfung von Gelenkwellenpaaren zwecks Aufbringung eines Dreh- oder Verspannmomentes (M_d) jeweils eines der äußeren Gelenke (5) verdrehbar, das andere hingegen verdrehfest gelagert ist und beide äußere Gelenke (5) unabhängig voneinander vertikal und in zwei Ebenen horizontal ortsbeweglich verstellbar gelagert sind, während die beiden inneren Gelenke (6) drehbar und gegenüber der Achse (0-0) umlaufend mit der Antriebs-und Lagereinheit (2) verbunden sind, dergestalt, daß jedes der beiden inneren Gelenke (6) um einen beidseitig gleichgroßen, einstellbaren Abstand (a) gegenüber der Achse (0-0) auslenkbar ist und wobei zur Prüfung einer Einzelgelenkwelle das innere Gelenk (6) verdrehfest umlaufend mit der Antriebs- und Lagereinheit (2) verbunden ist.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zur dynamischen Prüfung von Gelenk- und Kardanwellen, bei dem die Verdrehbelastung durch Verspannen des Prüflings erfolgt.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Gelenk- und Kardanwellen unterliegen im Kraftfahrzeug starken Beanspruchungen. Diese ergeben sich aus der Summe verschiedener Einflußgrößen wie Drehzahländerungen, Beugewinkel durch die Einfederung, Verspannmomente und Lenkwinkel bei Frontgelenkwellen. Um die Auswirkungen der Größen einzeln sowie als Gesamtkollektiv auf die Lebensdauer von Gelenkwellen und Kardanwellen untersuchen zu können, wurden Prüfstände mit einem geschlossenen Leistungsfluß vorgeschlagen und geschaffen, bei denen die Prüflinge bei Rotation um ihre Längsachse erprobt werden. Die Drehmomentenbelastungen der Gelenkwellen durch scharfes Anfahren und Abbremsen bzw. beim Zug- und Schubbetrieb des Motors werden durch eine im Wellenstrang zwischengeschaltete, umlaufende, servohydraulische Verspanneinrichtung (Drehzylinder) simuliert (DE-OS 1573632, US-PS 3690168, DE-GM 682 08934.5, Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ) Heft 3/ 1971 Seite85-89, ATZ Heft 9/1973 Seite 335-337 und ATZ Heft 1/1981 Seite 26). Solche Drehzylindereinheiten weisen, abgesehen von ihrem generell hohen Fertigungsaufwand weitere wesentliche Nachteile auf:

   Bei denjenigen Systemen bei denen die axiale Bewegung eines hydraulisch beaufschlagten Kolbens entweder über ein Gewinde (ATZ 3/1971 Seite 86 Bild 2c und d und DE-GM 682 08934.5) oder über eine Verzahnung (ATZ3/1971 Seite 86 Bild 2 b) in eine Drehbewegung umgewandelt wird, ist ein Spiel in der Gewindespindel bzw. in der Verzahnung zwischen Ritzel und Zahnstange vorhanden. Nachteilig ist dieses Spiel bei Drehmomentenumkehr insofern, als durch die damit verbudene Relativdrehung zwischen Antriebselement (Getriebe) und Abtriebeselement (Prüfling) ein erhöhter Verdrehwinkel (kurzzeitig kann kein Verdrehmoment übertragen werden) im Drehzylinder entsteht, was zur Folge hat, daß beim Nulldurchgang des Lastwechsels ein schlecht definierbares Verdrehmoment entsteht. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Steuerung des Drehzylinders. Bei den nach dem Drehflügelprinzip arbeitenden Drehzylindern (ATZ3/1971 Seite 86 Bild 2a sowie Bild 3a und b und US-PS 3690168) liegt das Problem in der Abdichtung der Druckkammern. So können solche Bauarten einerseits hohe Leckölverluste verursachen, andererseits erfordern aber dichtungslose Konstruktionen (ATZ3/1971 Seite 86 Bild 3b) trotz ihrer höheren Lebensdauer einen erheblich größeren Fertigungsaufwand, da die Spalten zwischen Drehkolben und Drehzylindergehäuse sehr eng gehalten werden müssen, um größere Leckölmengen zu vermeiden.

   Ferner ist bei der Drehmomentenbelastung der Prüflinge durch zwei parallel geschaltete Drehzylinder (ATZ3/1971 Seite 88 Bild 9, ATZ9/1973 Seite 335 Bild 1 und ATZ 1/1981 Seite 26BiId 1) eine synchrone Winkellage der beiden Drehkolben erforderlich, damit von beiden Drehzylindern gleich große wechselnde Drehmomente aufgebracht werden können. Dies trifft folglich auch auf die Anordnung gemäß DE-OS 1573682 zu. Durch innere Reibung, Fertigungstoleranzen und unterschiedlichen Leckölanfall in jedem Drehzylinder ist kein exakter Gleichlauf der Kolben zu erwarten. Deshalb ist eine zusätzliche Regelung zur Synchronisierung der Winkellage der Drehkolben erforderlich.

   Ein weiterer Nachteil der hier besprochenen Prüfstände liegt in ihrem konstruktiven Aufbau begründet. So können auf den Prüfständen gemäß ATZ3/1971 Seite 88 Bild 9, ATZ9/1973 Seite 335 Bild 1,ATZ1/1981 Seite 26 Bild 1 und DE-OS 1573682 Abb. 12 für ein Gelenkwellenpaar nur beidseitig gleiche Beugewinkel simuliert werden, d. h. für den Fall der beidseitig gleichen Einfederung. Jedoch bleibt die Simulierung für die einseitige Einfederung oder die beidseitig ungleiche Einfederung mit ungleichen Beugewinkeln für die Einzelgelenkwellen unberücksichtigt. Folglich ist die Anwendbarkeit der obigen Prüfstände hinsichtlich Simulierung dertatsächlichen Fahrzustände unvollkommen. Beim Prüfstand gemäß US-PS 3690168 bleibt die Anwendbarkeit sogar auf die reine Simulierung des Drehmomentes beschränkt. Schließlich ist auch die Spannungsmessung an den rotierenden Gelenken selbst nicht problemlos. Wenn man mit Dehnmeßstreifen arbeitet, muß die Versorgungsleistung und auch die Signalleistung in irgendeiner Weise übertragen werden. Meist geschieht dies über Schleifringe, induktiv oder auch telemtrisch. Der damit verbundene Übertragungsaufwand erhöht die Störanfälligkeit solcher Meßverfahren und schränkt die Anzahl der gleichzeitig zu erfassenden Meßstellen ein.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, einen Prüfstand zu schaffen, der sich durch eine Vereinfachung seines konstruktiven Aufbaues auszeichnet, bei gleichzeitiger Vervollkommung der Untersuchungsmöglichkeiten an Gelenkwellenpaaren, Einzelgelenkwellen und Kardanwellen.