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Die
Erfindung betrifft eine Federbeinprüfvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 und zudem ein Verfahren zur Prüfung
eines Federbeins gemäß dem Anspruch
10.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
44 10 680 A1 ist eine Prüfvorrichtung für Schraubendruckfedern bekannt.
Mit der Prüfvorrichtung
ist eine außermittige Krafteinleitung
der Feder in eine Federaufnahme erkennbar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, einen
Prüfstand
und ein Verfahren zur Prüfung
eines Federbeins zur Verfügung
zu stellen, wobei eine Beurteilung eines weitgehend fertigmontierten
Federbeins bezüglich
seiner Funktion möglich
sein soll.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Federbeinprüfvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Anspruch 10 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Federbeinprüfvorrichtung
zeichnet sich durch zwei im Abstand zueinander veränderbare,
koaxial zueinander angeordnete Prüflingsaufnahmen aus, wobei
ein Gehäuseende eines
Dämpferelementes
an einer ersten Prüflingsnahme
abstützbar
ist, eine an einem Gehäuse
des Dämpferelementes
abgestützte
Feder an einer zweiten Prüflingsaufnahme
abstützbar
ist, eine Kolbenstange des Dämpferelementes
oder ein Kolbenstangenverlängerungselement
durch eine Ausnehmung in der zweiten Prüflingsaufnahme hindurchführbar und
gegenüber
der Prüflingsaufnahme
in radialer Richtung frei beweglich ist. Eine Messeinrichtung ist vorgesehen,
die bei axialer Belastung der Feder durch Verände rung des Abstandes der Prüflingsaufnahmen
eine Richtungsänderung
eines resultierenden Kraftvektors Fres der Feder bestimmt. Das in
der Prüfvorrichtung
zu überprüfende Federbein
umfasst ein Dämpferelement
mit einem auch als Dämpferrohr bezeichneten
Gehäuse,
in dem eine gegebenenfalls mit einem Kolbenstangenverlängerungselement
verlängerte
Kolbenstange geführt
ist. Die Abstandsänderung
der Prüflingsaufnahmen
erfolgt beispielsweise durch axiale Bewegung einer Prüflingsaufnahme in
eine Spannrichtung, die einer im Fahrzeug entsprechenden Einfederrichtung
des Federbeins entspricht. Alternativ können selbstverständlich auch beide
Prüflingsaufnahmen
in Spannrichtung bewegt werden. Die Spannrichtung ist durch die
Anordnung des Federbeins im Fahrzeug definiert, die durch einen
Anschraubpunkt am Gehäuseende
des Dämpferelementes
und einen Fixierungspunkt der Kolbenstange in einem Kopflager vorgegeben
ist. Die Spannrichtung der Prüfvorrichtung
ist bestimmt durch eine Linie, die in Konstruktionslage im Fahrzeug
den Anschraubpunkt des Dämpfergehäuses und
den Fixierpunkt der Kolbenstange verbindet.
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Über einen
ersten Federteller ist die Feder am Dämpfergehäuse abgestützt. Zwischen Prüflingsaufnahme
und der Feder ist ein zweiter Federteller, der vollflächig an
der zweiten Prüflingsaufnahme
anliegt, angeordnet. Federseitig sind beide Federteller so konturiert,
dass der Windungsauslauf möglichst großflächig abgestützt ist.
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Die
erste Prüflingsaufnahme
stützt
das Gehäuseende
des Dämpferelementes
ab. Dabei kann die Prüflingsaufnahme
so gestaltet sein, dass das Dämpfergehäuse frei
drehbar abgestützt
ist und kein Drehmoment über
die erste Prüflingsaufnahme
auf das Dämpfergehäuse übertragen
werden kann. Ist die erste Prüflingsaufnahme
als drehmomentmessende Messeinrichtung ausgeführt, kann alternativ das Dämpfergehäuse auch
fest in der ersten Prüflingsaufnahme
eingespannt sein.
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Die
Kolbenstange kann gegenüber
der zweiten Prüflingsaufnahme
frei beweglich oder aber auch axial fixiert sein, so dass sich bei
Verminderung des Abstandes der Prüflingsaufnahmen die Kolbenstange
in das Dämpfergehäuse einschiebt.
Sofern die Bauteile des Federbeins wie beispielsweise Feder, Federteller,
Federbeinkopflager, Kolbenstange Idealmaße aufweisen verändert sich
die Richtung des Kraftvektors Fres der Feder bei zunehmender Federkrafterhöhung durch
Verringerung des Abstandes der Prüflingsaufnahmen nicht. Eine
Richtungsänderung des
resultierenden Kraftvektors Fres der Feder weist immer auf eine
Abweichung von den Idealmaßen
der Bauteile des Federbeins hin, d.h. beispielsweise eine Unebenheit
der Federteller, eine Krümmung
der Kolbenstange, Asymmetrien der Feder oder eine nicht koaxiale
Anordnung der Federteller und der Feder. Diese Abweichung der Bauteile
von den Idealmaßen ist
eine nicht abgeschlossene Aufzählung,
die Abweichungen werden im Folgenden als Toleranzfehler bezeichnet.
Sobald der von der Messeinrichtung bestimmte Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
ist eine einwandfreie Funktion des Federbeins nicht mehr gegeben.
Die Prüfvorrichtung
ermöglicht
eine Beurteilung des nahezu vollständig vormontierten Federbeins
bezüglich
seiner Funktion im Fahrzeug.
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In
Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Messeinrichtung eine Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder über eine Messung einer Querkraftänderung ΔFq auf das
Gehäuseende
des Dämpferelementes.
Ein Veränderung der
Querkraft ΔFq
auf das Gehäuseende
zeigt eine Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors der Feder an. Zur Bestimmung der
Querkraftänderung ΔFq auf das
Gehäuseende
wird die Reaktionskraft an der ersten Prüflingsaufnahme beispielsweise mit
einer Kraftmessdose gemessen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Messeinrichtung eine Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder über eine Messung einer Querkraftänderung ΔFm an der
Kolbenstange. Dazu ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die die
Kolbenstange radial abstützt.
Während
einer Veränderung
des Abstandes der Prüflingsaufnahmen wird
eine Quer kraftänderung ΔFm an der
Kolbenstange gemessen. Die Kolbenstange schiebt sich dabei durch
die Messeinrichtung hindurch, wobei diese gleichzeitig auftretende
Querkräfte
misst. Um Reibungskräfte
klein zu halten ist die Kolbenstange axial beispielsweise in Kugellagern
gelagert. Alternativ kann die Kolbenstange auch axial fixiert sein,
d.h. axial unverschieblich zu der Meßeinrichtung angeordnet sein.
Während
einer Veränderung
des Abstandes der Prüflingsaufnahmen
schiebt sich die Kolbenstange in das Dämpfergehäuse ein, gleichzeitig werden
die an der Kolbenstange auftretenden Querkräfte ΔFm mit beispielsweise als Kraftmessdose ausgeführten der
Messeinrichtung bestimmt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Messeinrichtung eine Veränderung
der resultierenden Federkraftrichtung Fres über eine Messung der Wegverlagerung Δs der Kolbenstange.
Während
der Veränderung
des Abstandes der Prüflingsaufnahmen bestimmt
die Messeinrichtung die Wegverlagerung Δs der radial frei beweglichen
Kolbenstange. Beispielsweise bestimmt die Messeinrichtung die Wegverlagerung Δs der Kolbenstangen
bei einer Einfederung des Federbeins ausgehend von Konstruktionslage
bis zum maximalen Einfederweg, das Gehäuseende des Dämpferelementes
ist dabei drehbeweglich gelagert. Bei dementsprechenden Toleranzfehlern
stellt sich die Kolbenstange mit dem Gehäuse des Dämpferelementes schief. Die
beim Einfedern des Federbeins gemessene Wegverlagerung Δs der Kolbenstange
steht dabei in Relation zur Höhe
der Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder. Selbstverständlich ist
auch eine Kraft- mit einer Wegmessung kombinierbar. Kraftmessdosen
und Wegmesseinrichtungen stehen als Standardbauteile kostengünstig zur
Verfügung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein zur Anbindung an einem
Fahrwerkslenker vorgesehenes Verbindungselement des Dämpferelements an
der ersten Prüflingsaufnahme
abgestützt.
Eine Abstützung
des Dämpferelementes
an dem beispielsweise als Anschraubauge ausgeführten Verbindungselement bildet
die Einbauverhältnisse
im Fahrzeug ab, wodurch mit der Prüfvorrichtung in vorteilhafter
Weise die im Fahrzeug auftretenden Querkräfte zwischen Kolbenstange und
Dämpfergehäuse nachbildbar
sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zuspanneinrichtung
ein hydraulisches Kolben-Zylinder Aggregat. Ein hydraulisches Kolben-Zylinder
Aggregat eignet sich aufgrund der hohen aufzubringenden Kräfte zum
Einsatz in der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder über einen
zweiten Federteller an der zweiten Prüflingsaufnahme abstützbar. In
vorteilhafter Weise sind der zum Federbein gehörige zweite Federteller und
das Kopflager zur Prüfung
des Federbeins mit im Prüfaufbau
integrierbar, so dass eine Funktionsbeurteilung aller Bauteile des
Federbeins möglich
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder um seine Längsachse
drehbar an der zweiten Prüflingsaufnahme
abstützbar.
Die zweite Prüflingsaufnahme
weist beispielsweise einen kugelgelagerten Drehteller auf, an dem
sich die Feder über
einen zweiten Federteller abstützt.
Beim Einfedern verdrehen sich die Federenden geringfügig gegeneinander.
Eine mögliche
gegenseitige Verdrehung der Federenden vermeidet eine Verfälschung
der mit der Messeinrichtung bestimmten Querkraft am drehbeweglich
abgestützten
Ende des Dämpferelementes durch Überlagerung
von Torsionsfederkräften.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gehäuse eines Dämpferelementes an einer ersten
Prüflingsaufnahme
abgestützt
wird, eine am Gehäuse
des Dämpferelementes abgestützte Feder
an einer zweiten Prüflingsaufnahme
abgestützt
wird, zur Erhöhnung
der Federvorspannung die Prüflingsaufnahmen
aufeinander zugefahren werden und dabei eine Veränderung der Richtung eines
resultierenden Kraftvektors Fres der Feder bestimmt wird. Das Verfahren
ermöglicht
eine Funktionsprüfung
eines weitgehend montierten Federbeins. Es lassen sich durch Veränderung
der Richtung des Kraftvektors der Feder bei Veränderung der Federvorspannung
verursachte, komfortmindernde Reibungskräfte zwischen Kolbenstange und
dem Gehäuse
des Dämpferelementes
erkennen. Die Veränderung
der Richtung des Kraftvektors der Feder während dem Zuspannen kann durch
Messung einer Querkraftänderung
bestimmt werden. Alternativ ist auch über die Bewegung bzw. die Wegeverlagerung Δs einer radial
frei beweglichen Kolbenstange während
dem Zuspannen eine Richtungsänderung
des Kraftverktors bestimmbar. Für
die vorab genannten Messverfahren ist eine momentenfreie Lagerung
des Gehäuseendes
des Dämpferelementes
an der ersten Prüflingsaufnahme
erforderlich. Als weitere Alternative kann das Ende des Dämpferelementes
an der ersten Prüflingsaufnahme
fest eingespannt sein, so dass während
des Zuspannens der Feder aufgrund der Änderung des Kraftvektors ein Drehmoment
in der Einspannstelle auftritt. Die Drehmomentveränderung
in der Einspannstelle steht für die
Höhe der
Richtungsänderung
des Kraftvektors der Feder während
dem Zuspannvorgang.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mit einem Prüfling in
Konstruktionslage,
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2 eine
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
gemäß 1 mit
einem Prüfling
in eingefedertem Zustand,
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3 Messung
einer Richtungsänderung des
resultierenden Kraftvektors Fres einer Feder mit einer Wegmesseinrichtung
und
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4 Messung
einer Richtungsänderung des
resultierenden Kraftvektors Fres der Feder mit einer Kraftmesseinrichtung.
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Gleiche
und gleichwirkende Bauteile in den 1 bis 4 sind
im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In 1 ist
schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Federbeinprüfvorrichtung
dargestellt. Die Prüfvorrichtung
umfasst zwei mit einer Bodenplatte 1 verbundene Ständer 2.
An den Ständern 2 ist
eine untere und eine obere Traverse 3, 10 angeordnet.
An der unteren Traverse 3 ist ein Kolben-Zylinder Aggregat 4 integriert.
Der Zylinder 5 ist mit der unteren Traverse 3 verbunden.
Der Kolben 6 umfasst eine erste Prüflingsaufnahme 7,
die eine drehbewegliche Abstützung
eines als Anschraubauge 8 ausgeführten Gehäuseendes eines Dämpferelementes 9 ermöglicht.
Das zur Befestigung an einem Fahrwerkslenker vorgesehene Anschraubauge 8 kann sich
weitgehend reibungsfrei, d.h. ohne dass ein Drehmoment auf das Dämpferelement 9 ausgeübt wird,
in der Prüflingsaufnahme 7 in
allen Richtungen drehen.
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Die
obere Traverse 10 umfasst eine zweite Prüflingsaufnahme 21.
An der zweiten Prüflingsaufnahme 21 ist
ein durch eine Feder 12 vorgespannter zweiter Federteller 13 abgestützt. Die
Feder 12 ist zwischen einem am Dämpferelement 9 angeordneten
ersten Federteller 11 und dem zweiten Federteller 13 angeordnet.
Der erste und zweite Federteller 11, 13 sind koaxial
zueinander ausgerichtet. Zwischen dem zweiten Federteller 13 und
der zweiten Prüflingsaufnahme 21 ist
ferner ein Drehteller 14 angeordnet, der eine Verdrehung
des zweiten Federtellers 13 gegenüber der oberen Traverse ermöglicht.
Die zweite Prüflingsaufnahme 21 weist
eine ebene, senkrecht zur Spannrichtung 23 ausgerichtete
Fläche
auf an der je nach Federbeinaufbau beispielsweise der zweite Federteller 13 zur
Anlage kommt. Die Spannrichtung 23 ist bestimmt durch eine
Linie, die den Anschraubpunkt 8 des Dämpfergehäuses und einen Anbindungspunkt
der Kolbenstange 17 an einer Fahrzeugkarosserie verbindet.
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Die
obere Traverse 10 ist über
Führungsbuchsen 15 in
Längsachse
der Ständer 2 verschieblich
und kann in einer beliebigen Position über eine nicht dargestellte
Klemm- oder Rastvorrichtung arretiert werden. Die obere Traverse 10,
der Drehteller 14 und der zweite Federteller 13 weisen
eine Ausnehmung 16 auf, durch die eine Kolbenstange 17 des Dämpferelementes 9 durchgreift.
Die Ausnehmung 16 ist derart groß gewählt, dass für die Kolbenstange 17 bei
einer Schrägstellung
eine radiale Bewegung möglich
ist, ohne an den angrenzenden zweiten Federteller 13, den
Drehteller 14 oder an die obere Traverse 10 anzustoßen. Das
freie Ende der Kolbenstange 17 ist mit einer Messeinrichtung 19 verbunden,
die wiederum mit der oberen Traverse 10 beispielsweise
durch eine mittels Symmetrielinien 18 angedeutete Verschraubung
verbunden ist.
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Aufgrund
von Toleranzen und Fertigungsfehlern am ersten und zweiten Federteller 11, 13 sowie Toleranzen
an der Feder 12 selbst, kann die Kraftverteilung auf die
Abstützung
des ersten Federtellers 13 am Dämpferelement 9 gegebenenfalls
ungleichmäßig verteilt
sein, so dass der resultierende Federkraftvektor Fres der Feder 12 beim
Einfedern des Federbeins die Richtung verändert.
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In
einer Prüfvorrichtung
mit einer Wegmessvorrichtung 19 stellt sich das Dämpferelement 9 dann solange
schief, bis die Kräfte
zwischen der Feder 12 und dem Dämpferelement 9 ausgeglichen
sind, die Richtung des resultierenden Kraftvektors hat sich gemäß 2,3 gegenüber der 1 geändert.
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Die
in 2 dargestellte Messvorrichtung 19 bestimmt
die beim Einfedern durch die zunehmende Schiefstellung des Dämpferelementes 9 auftretende Wegverlagerung Δs der Kolbenstange 17.
Die in 3 beispielhaft gezeigte, geschnitten dargestellte Weg messvorrichtung 19 aus 2 lässt eine
Wegverlagerung Δs
in der x-y-Ebene zu.
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Überschreitet
die Wegverlagerung Δs
der Kolbenstange 17 einen vorgebbaren Weggrenzwert, so
ist das Federbein nicht zum Einsatz in einem Fahrzeug geeignet.
Aus dem von der Messeinrichtung 19 bestimmten Wegverlagerung Δs gemäß 3 ist eine
Richtungsänderung
des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder bestimmbar.
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Eine
Prüfvorrichtung
mit einer Kraftmessvorrichtung 19 gemäß 4 stützt das
freie Ende der Kolbenstangen 17 in radialer Richtung, d.h.
in der x-y Ebene gegen die obere Traverse 10 ab, so dass
keine Wegverlagerung Δs
möglich
ist. Eine an der Kolbenstange 17 angreifende Kraft drückt gewissermaßen das
freie Ende der Kolbenstange 17 um den Wegverlagerung Δs aus 2 wieder
zurück,
so dass die Längsachse 22 des
Dämpferelementes 9 wieder
mit der Spannrichtung 23 fluchtet. Die Messvorrichtung 19 bestimmt
Höhe und
Richtung der Kraftänderung ΔFm während
der Einfederung des Federbeins. Aus der ermittelten Kraftänderung ΔFm ist eine Richtungsänderung des resultierenden
Kraftvektors Fres der Feder ermittelbar.
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Die
kraftgesteuerte Messvorrichtung weist den Vorteil auf, dass aufgrund
der entfallenden Schiefstellung des Dämpferelementes 9 und
der Kolbenstange 17 die Ausnehmung 16 kleiner
wählbar ist.
Damit ist die Funktion der Prüfvorrichtung
nicht vom Innendurchmesser des Drehtellers 14, des zweiten
Federtellers 13 und der Ausnehmung 16 in der oberen
Traverse 10 abhängig.
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Überschreitet
die ermittelte Querkraftänderung ΔFm einen vorgebbaren, empirisch ermittelbaren
Grenzwert, so weist dies auf Fertigungsfehler oder eine ungünstige Akkumulation
von den oben genannten Toleranzen hin, die bei einem in einem Fahrzeug
eingebauten Federbein zu hohen, komfortvermindernden Reibungswiderständen und
einen übermäßigen Verschleiß führen.
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Dadurch
dass die Feder 12, der erste und zweite Federtellers 11, 13 um
die Federbeinlängsachse
gegeneinander verdrehbar sind, kann eine ungünstige Akkumulation der Toleranzen
behoben werden, so dass die von der Messvorrichtung ermittelten, oben
beschriebenen Wege- oder Kräfte
am der Kolbenstange 17 gegebenenfalls wieder innerhalb
von Grenzwerten liegen. Aufgrund einer Bestimmung einer Veränderung
der resultierenden Federkraftrichtung Fres kann eine Optimierung
der Bauteilpositionen gezielt vorgenommen werden. Ist eine optimierte Positionierung
der Bauteile zueinander eingestellt, die eine reibungsarme Funktion
des Federbeins ermöglicht,
so wird das Federbein unter Beibehaltung der Lage der Bauteile zueinander
vom Prüfstand
demontiert und anschließend
in dieser Konstellation zu einem einbaufertigen Federbein verschraubt.
Lediglich ein Federbeinkopflager ist über eine Verschraubung mit
der Kolbenstange 17 zu verbinden. Lässt sich keine Konstellation
einstellen, die eine Einhaltung der Grenzwerte ermöglicht,
so sind fehlerhafte Bauteile des Federbeins auszutauschen.
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Selbstverständlich ist
die Prüfvorrichtung auch
zur Prüfung
von Federbeinen für
aktive Fahrwerke mit einer Vorrichtung zur Veränderung der Federvorspannung
einsetzbar. Gleichermaßen
eignet sich die Prüfvorrichtung
auch zur Beurteilung von Mc-Pershon Federbeinen.
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Bei
Mc-Pershon Federbeinen sind Federn und Federteller 11,13 nicht
koaxial zur Kolbenstange 17 angeordnet, wodurch die Richtung
der resultierenden Federkraft Fres unter einem Winkel zur Spannrichtung
angeordnet ist. In einer Anordnung nach 4 ist die
Zunahme der Querkraftänderung ΔFm messbar. Bei Veränderung des Abstandes der Prüflingsaufnahmen
steigt bedingt durch den Winkel der Federkraft Fres zur Spannrichtung
die Querkraft ΔFm an. Steigt allerdings die Querkraft ΔFm stärker
oder schwächer
an als ein rechnerisch aus dem Winkel der Federkraft Fres, Federweg
und Federkonstante bestimmbarer Wert, so hat sich aufgrund von Toleranzen
die Richtung des resultierenden Kraftvektors Fres der Feder verändert.
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- 1
- Bodenplatte
- 2
- Ständer
- 3
- Untere
Traverse
- 4
- Kolben-Zylinder
Aggregat
- 5
- Zylinder
- 6
- Kolben
- 7
- Erste
Prüflingsaufnahme
- 8
- Gehäuseende
Dämpferelement/Anschraubauge
- 9
- Dämpferelement
- 10
- Obere
Traverse
- 11
- erster
Federteller
- 12
- Feder
- 13
- Zweiter
Federteller
- 15
- Führungsbuchsen
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Kolbenstange
- 18
- Symmetrielinie
Verschraubung
- 19
- Messeinrichtung
- 21
- Zweite
Prüflingsaufnahme
- 22
- Längsachse
Dämpferelement
- 23
- Spannrichtung