DE19745671C1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermoelastischen Spannungsanalyse an Fahrzeugrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermoelastischen Spannungsanalyse an Fahrzeugrädern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, die mittels einer FE-Rechnung aus CAD-Daten errechneten Hauptspannungen an den Fahrzeugrädern zur ermitteln, um eine rechnerische Betriebsfestigkeitsvorhersage treffen zu können, damit ein frühzeitiger Aufschluss über die Festigkeit des Rades erzielbar ist. Die rechnerische Betriebsfestigkeitsvorhersage bedient sich beispielsweise einer Werkstoffdatenbank, einer Datenbank für Betriebsbelastungen im Zweiaxialen-Radprüfstand sowie von Ergebnisse der FE-Spannungsberechnungen. Desweitern kann eine Messung am Fahrzeug auf der Straße vorgenommen werden, was relativ zeitaufwendig ist und gegebenfalls zum Vergleich der Rechnung dient.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermoelastische Spannungsanalyse für Fahrzeugräder zu schaffen, mit der in einfacher Verfahrensweise realitätsnah eine Simulation wie auf der Straße erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale nach den Ansprüche 1 bis 5 gelöst.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine einfach aufgebaute Vorrichtung ein Verfahren zur Erstellung einer Spannungsanalyse bzw. eine Darstellung von Hauptspannungssummen an einem Fahrzeugrad bzw. an den einzelnen Radspeichen durchführbar ist.

Hierzu wird das Fahrzeugrad über seine Nabe stationär auf einen Lagerbock gespannt, wobei es ansonsten freiliegend ist. Zur Einleitung von entsprechenden Kräften ist auf das Rad ein Aufspannblock, z. B. über ein Spannband festgelegt und der Block wird formschlüssig mit dem Reifen über die sich ineinanderkrallende Vertiefungen in der Reifenoberfläche und den Erhöhungen in der Unterfläche des Aufspannblocks verbunden. Dieser Aufspannblock stellt quasi ein Negativmodell des Reifenprofils dar, so daß die Kraft formschlüssig über das System Aufspannblock/Reifen übertragen werden kann. Über diesen Aufspannblock wird auf das Rad mittels eines Hydropulszylinders eine druckschwellende Sinusbelastung eingeleitet, so daß die eingeleiteten Kräfte aus Radaufstandskraft und Seitenkraft bei Kurvenfahrt der Realität auf der Straße entsprechen.

Die von einem Laser-Abtastgerät aufgenommenen Signale der Temperaturänderungen an der Oberfläche des Fahrzeugrades, beispielsweise an einer Radspeiche, werden einem Rechner zugeleitet und von hier über eine Farbmonitor in Form von Spannungen sichtbar gemacht, der mit einem Drucker zum Ausdrucken einer Farbkopie mit den Spannungsfarben zusammengeschaltet ist.

Der Hydropulszylinder ist in einfacher Weise in einem Gestell gehalten, das entsprechend der einzubringenden Kraft unter verschiedenen Winkeln einstellbar ist. Die Krafteinleitung erfolgt unmittelbar über eine mit dem Hydropulser verbundene Druckstange, welche so ausgerichtet ist, daß die Wirkungslinie der Kraft mittig auf den Reifen bzw. auf die Radaufstandsfläche trifft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst im wesentlichen einen Lagerbock 1 für ein Fahrzeugrad 2 sowie ein Traggestell 3 für einen Hydropulszylinder 4. Zur thermoelastischen Spannungsanalyse ist der Vorderseite des Rades 2 gegenüberstehend ein Laser-Abtastgerät 5 angeordnet, das über einen Korrelator 6 und einen Rechner 7 oder dgl. mit einem Farbmonitor 8 zusammengeschaltet ist. Über einen Farbdrucker 9 wird eine entsprechende Farbkopie mit den gemessenen Spannungsfarben ausgedruckt.

Wie in Fig. 2 näher dargestellt ist, wird das Fahrzeugrad 2 in einer vertikalen Ebene ortsfest über seine Radnabe N an einem Lagerbock 1 festgespannt und ansonsten ist das Rad 2 freiliegend angeordnet.

Zum Einleiten von wechselnden, schwellenden Belastungen, wie druckschwellenden Sinusbelastungen, ist auf dem Reifen R ein Aufspannblock 11 in einer horizontalen Ebene X-X angeordnet. Dieser Block 11 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und weist entsprechend der Profilrillen 2a der Reifenoberfläche ausgebildete, vorstehende Stege auf und stellt quasi ein Negativmodell der Reifenoberfläche dar. Durch diese Ausbildung kann der Lagerblock 11 formschlüssig mit der Reifenoberfläche verbunden werden. Über ein Spannband kann der Aufspannblock 11 entsprechend auf der Reifenoberfläche positioniert und zusätzlich festgehalten werden.

Über den Hydropulszylinder 4, welcher über einen Steuerschrank S angesteuert wird, wird mittels einer Druckstange 12, die sich in einer Sackbohrung 13 des Aufspannblocks 11 abstützt, eine Kraft in das Rad 2 derart eingeleitet, daß die Wirkungslinie der eingeleiteten Kraft mittig auf den Reifen R bzw. auf die Radaufstandsfläche trifft. Diese Kraft wird unter einem Winkel von 45° eingeleitet und ist die resultierende Kraft aus der Radaufstandskraft und der Seitenkraft bei Kurvenfahrt. Es ist aber auch jede andere Kraft unter einem anderen Winkel in den Reifen einleitbar.

Hierzu ist das Gestell 3 zur Aufnahme des Hydropulszylinders 4 über seitliche Stützen 20, 21, welche über einen Querträger 14 miteinander verbunden sind, winkeleinstellbar gehalten.

Claims (5)

1. Verfahren zur thermoelastischen Spannungsanalyse an Fahrzeugrädern, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugrad (2) stationär aufgespannt und einer wechselnd schwellenden Druckbelastung ausgesetzt wird, welche der resultierenden Kraft aus einer Radaufstandskraft und einer Seitenkraft bei Kurvenfahrt auf der Straße entspricht und daß über ein Laser-Abtastgerät (5) thermoelastische Spannungen am Fahrzeugrad (2) bzw. an den Fahrzeugspeichen aufgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelastischen Spannungen mittels einem Korrelator (6) und eines Rechners (7) auf einen Farbmonitor (8) übertragen werden und das Spannungsbild mittels eines Druckers (9) als Farbkopie erstellt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugrad (2) in einer vertikalen Ebene ortsfest über seine Radnabe (N) an einem Lagerbock (1) festgespannt und zu diesem freiliegend angeordnet und mit einem Aufspannblock (11) verbunden ist, der mit Profilrillen (2a) des Reifens (R) korrespondierende Profilierungen aufweist und über diese auf dem Reifen (R) formschlüssig gehalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspannblock (11) in einer horizontalen Ebene (X-X) des Reifens (R) oberhalb des Radzentrums (Z) angeordnet ist und mit einer Druckstange (12) eines Hydropulszylinders (4) in Eingriff steht, der unter einem Winkel derart angeordnet ist, daß die Wirkungslinie der Kraft mittig des Reifens (R) bzw. mittig der Radaufstandsfläche auftrifft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydropulszylinder (4) in einem Traggestell (3) gehalten ist, das zwei winkeleinstellbare Stützen (20, 21) zu beiden Seiten des aufgespannten Rades (2) umfasst und mit einem Querträger (14) winkeleinstellbar verbunden sind, in welcher der Hydropulszylinder (4) mittig gehalten wird.