DE4111265A1 - Umlaufbiege-pruefvorrichtung, insbesondere fuer eine kraftfahrzeugfelge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umlaufbiege-Prüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Grundsätzliche Voraus­ setzung für ein brauchbares Prüfergebnis ist eine derartige Ausgestaltung der Prüfvorrichtung, daß sie die Betriebsbedingungen des Prüflings möglichst genau nachbildet, in ihm also während des Prüfverfahrens möglichst die gleichen Spannungen und Momente vorliegen wie während des Betriebs, bei einer Kraftfahrzeugfelge also während des Fahrbetriebs, insbesondere während Kurvenfahrten. Diese Voraussetzung ist bei bekannten Umlaufbiege-Prüfvorrichtun­ gen nicht im erforderlichen Maße erfüllt.

Betrachtet man zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegen­ den Problematik zunächst die Fig. 1 und 2, in denen schema­ tisch die bei Kurvenfahrt auf eine Fahrzeugfelge ausgeübten Kräfte und Momente dargestellt sind, so erkennt man in Fig. 1, daß auf die Felge 1, die in üblicher Weise starr mit dem Achs­ zapfen 2 verbunden ist, von der Straßenoberfläche 3 her die Aufstandskraft F_A wirkt, und daß bei Kurvenfahrt die dann vom Fahrzeug her auf den Achszapfen 2 ausgeübte Querkraft -F_s kompen­ siert wird durch die gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete, von der Reibung der Straßenoberfläche ausgeübte Kraft F_s. Die beiden letztgenannten Kräfte bilden also ein Kräftepaar, dessen Angriffspunkte um den halben Durchmesser D der Felge (bei bereif­ ter Felge: Rollradius) gegeneinander versetzt an dieser liegen.

In Fig. 2 ist auch der Verlauf des von dem beschriebenen Kräfte­ paar ausgeübten Moments innerhalb der Felge 1 dargestellt. Ent­ scheidend für die sich im tatsächlichen Betrieb des Prüflings einstellenden Kräfte- und Momentenbeanspruchungen ist eine Unsymmetrie bezüglich der Felgen- oder Drehachse 4.

Fig. 3 zeigt den üblichen Aufbau einer Umlaufbiege-Prüfvorrich­ tung, Fig. 4 in Analogie zu Fig. 2 eine Darstellung nicht nur der Kräfte, sondern auch des Momentenverlaufs im Prüfling. Der wiederum mit 1 bezeichnete, starr mit dem Achszapfen 2 verbundene Prüfling ist in der Aufnahme 10 gehalten, die ihrerseits in Drehverbindung mit einem im Gestell 11 der Prüfvorrichtung enthaltenen Antrieb steht. Die Aufnahme 10 enthält als wesentliche Bestandteile den Flansch 12, der eine Abstützung der dem Achszapfen 2 abgekehrten Stirnseite des Prüflings darstellt, sowie den Spannring 13, der mittels Schraubverbindungen 14 am Flansch 12 gehalten ist und dazu dient, zusammen mit dem Flansch 12 eine axiale Halterung des Prüflings 1 vorzunehmen. Die Abstützung desselben in Umfangsrichtung kann beispielsweise durch eine den in Fig. 3 linken Rand des Prüflings 1 aufnehmende Vertiefung im Flansch 12 gebildet sein.

Zur Nachbildung der in den Fig. 1 und 2 im Betrieb auftre­ tenden Belastung -F_A wird in der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 auf den Radzapfen 2 die Belastungskraft F_V aufgebracht, und zwar in einem vorgegebenen Abstand 1 von der Mittelebene des Prüflings 1, so daß sich in dem Achszapfen 2 der in Fig. 4 dargestellte Momentenverlauf über der Länge 1 ergibt. Dieses Moment wird durch ein von der Aufnahme 10 erzeugtes Gegenmoment kompensiert, und zwar dadurch, daß sich der Prüfling 1 in Fig. 3 rechts oben am Spannring 13 und links unten am Flansch 12 abstützt. Diese Stellen der Aufnahme 10 üben die in Fig. 4 mit Fh_o und Fh_u bezeichneten Reaktionskräfte aus; der Verlauf der von diesen Reaktionskräften im Prüfling 1 erzeugten Reaktions­ momente ist in Fig. 4 ebenfalls eingetragen. Bereits aus dieser Figur erkennt man, daß - in Abweichung von den im Betrieb des Prüflings 1 vorliegenden Verhältnissen gemäß Fig. 2 - während der Prüfung bezüglich der Drehachse 4 symme­ trische Verhältnisse vorliegen.

Noch deutlicher läßt dies Fig. 5 erkennen, in der angenommen ist, daß der Prüfling 1 eine Felge ist und gerade eine der zu seiner Befestigung dienenden Radschrauben - mit 15 be­ zeichnet - oben steht, während eine andere Radschraube 16 sich gerade in der Zeichenebene unten befindet. Die Radschrauben liegen auf einem Kreis mit dem Durchmesser x, und die an den Radschrauben 15 und 16 auftretenden Kräfte sind mit F_o und F_u bezeichnet. Die erwähnte Symmetrie der Belastungsver­ hältnisse in der bekannten Prüfvorrichtung gemäß Fig. 3 kommt dadurch zum Ausdruck, daß die Kräfte F_o und F_u betragsmäßig gleich groß sind.

Wie durch diese Betrachtungen anschaulich gezeigt, besitzen die bekannten Umlaufbiege-Prüfvorrichtungen also den grundsätz­ lichen Nachteil, daß sie über den Durchmesser des Prüflings symmetrische Belastungen in ihm hervorrufen, während die betriebsmäßigen Belastungen durch eine deutliche Unsymmetrie bezüglich der Drehachse bzw. der Achse des Prüflings gekenn­ zeichnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Umlaufbiege-Prüfvorrichtung zu schaffen, die mit geringem Aufwand sicherstellt, daß sich während des Prüfvorgangs am und im Prüfling unsymmetrische Belastungsverhältnisse ent­ sprechend den sich im Betrieb des Prüflings tatsächlich ein­ stellenden Belastungen ergeben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Umlaufbiege-Prüfvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daß für die realitätsfremde Symmetrie der Belastungsverhältnisse, die sich bei den bekannten Prüfvorrichtungen dieser Art einstellt, letztlich die Einspannung des Prüflings in Richtung seiner Achse in der Aufnahme verantwortlich ist, und vermeidet den daraus resultierenden Nachteil des Standes der Technik dadurch, daß zwar die Abstützung der dem Achszapfen und damit der Prüfkrafteinleitung abgekehrten Stirnseite des Prüflings beibehalten bleibt, jedoch auf eine Abstützung der achszapfen­ seitigen Stirnseite des Prüflings verzichtet und statt dessen im Bereich der Dreh- oder Prüflingsachse eine zugfeste Anlenkung des Achszapfens vorgesehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 6, 7 und 8 erläutert, von denen

Fig. 6 einen Axialschnitt durch die Aufnahme mit den während des Prüfverfahrens auftretenden Kräften,

Fig. 7 die Belastungen des Prüflings und

Fig. 8 eine Darstellung entsprechend Fig. 5 wiedergeben.

Betrachtet man zunächst Fig. 6, so ist der wiederum mit 1 bezeichnete Prüfling, der starr mit dem in Fig. 6 nach rechts weisenden Achszapfen 2 verbunden ist und von einem nicht gezeichneten Antriebsmotor der Prüfvorrichtung her um die Drehachse 4 gedreht wird, in der Aufnahme 20 gehalten, die als wesentliche Bestandteile die mit dem nicht gezeichneten Antriebsmotor in Drehverbindung stehende Scheibe 21 und den nur die Aufstandskraft F_Vm aufnehmenden, am Umfang des Prüflings 1 angreifenden Ring 22 enthält. Dieser Ring ist bei 23 im Längs­ schnitt ballig ausgeführt, so daß sich der Prüfling 1 an ihm in Umfangsrichtung im wesentlichen längs einer Umfangslinie definiert abstützt und relative Schwenkbewegungen ausführen kann. Der Ring 23 kann übrigens durch eine konische Form der (in Fig. 6 nach rechts weisenden) Auflagefläche der Scheibe 21 ersetzt sein. Wiederum wirkt auf die durch Prüfling 1 und Achszapfen 2 gebildete starre Anordnung im Abstand l von der Mittelebene des Prüflings die Belastungskraft F_v ein, so daß sich der in Fig. 7 dargestellte Momentenverlauf im Achszapfen 2 ergibt. Zur Kompensation dieses Moments dient einerseits die Abstützung des in Fig. 6 linken unteren Bereichs der Stirnfläche 24 des Prüflings 1 an der Scheibe 21, die dort eine Kraft Fh_u auf den Prüfling 1 ausübt, und die im wesentlichen durch die Zugstange 25 gebildete gelenkige Zugver­ bindung zwischen dem prüflingsseitigen Ende der Radnabe 2 einerseits und dem zentralen Bereich 26 der Scheibe 21 anderer­ seits; die Zugstange 25 verläuft im wesentlichen auf der Drehachse 4. Die - der Gegenkraft Fh_u entgegengerichtete - Zugkraft Fh_m, die durch die Zugverbindung 25 ausgeübt wird, hat den in Fig. 7 aufgetragenen Momentenverlauf über dem unteren Radius des Prüflings 1 zur Folge, so daß sich, wie ein Vergleich mit Fig. 2 zeigt, in gewünschter Weise unsymme­ trische Belastungsverhältnisse während des Prüfvorgangs ein­ stellen, wie sie auch im Betrieb des Prüflings vorliegen.

Fig. 8 zeigt die Verhältnisse im Bereich der oberen und unteren Radschraube 15 und 16 bei Beanspruchung der Felge 1 durch eine Seitenkraft -F_s (unter Vernachlässigung der Aufstandskraft). Auch hier erkennt man deutlich den unsymmetrischen Momentenver­ lauf über dem Durchmesser des Prüflings 1, wobei charakteristisch die Tatsache ist, daß, wie sich leicht zeigen läßt, die Kraft F_u betragsmäßig um den Betrag der Seitenkraft F_s größer ist als die Reaktionskraft F_o.

Verständlicherweise kann die Radlast durch entsprechende Wahl der Prüfkraft F_V eingestellt werden. Durch Veränderung der "Hebelarmlänge" l kann das Verhältnis von Seitenkraft F_s zu Aufstandskraft F_A eingestellt werden. Die Grenzen sind gegeben durch Geradeausfahrt, d. h. F_s=0; dann ist l=0. Für Kurvenfahrt mit maximaler Querbeschleunigung und µ=1 ist auch das Verhältnis 1, und es ergibt sich für den Hebel­ arm

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Umlaufbiege­ Prüfvorrichtung geschaffen, die eine optimale Annäherung der Prüfbedingungen an die im Betrieb des Prüflings tatsächlich auftretenden Belastungsverhältnisse ermöglicht.

Claims (5)

1. Umlaufbiege-Prüfvorrichtung mit einer Aufnahme für einen Prüfling, insbesondere eine Kraftfahrzeugfelge, der starr mit einem über eine seiner Stirnseiten herausragenden Achszapfen zur Aufbringung von Kräften zur Nachbildung im Betrieb des Prüflings auftretender Momente versehen ist, wobei die Aufnahme - neben einer Umfangsabstützung für den Prüfling - eine Abstützung für die dem Achszapfen abgekehrte andere Stirnseite des Prüflings zur Erzeugung von Reaktionsmomenten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf eine axiale Einspannung des Prüflings (1) ferner eine längs seiner Achse (4) verlaufende zugfeste Anlenkung (25) des prüflingsseitigen Endes des Achszapfens (2) vorgesehen ist.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zugfeste Anlenkung (25) des Achszapfens (2) an einem zen­ tralen Bereich (26) eines zugleich die Abstützung bildenden scheibenartigen Teils (21) der Aufnahme (20).

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugfeste Anlenkung eine Zugstange (25) enthält.

4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugfeste Anlenkung eine Zugfeder enthält.

5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsabstützung durch einen Ring (22) mit Umfangslinienberührung (23) des Prüflings (1) gebildet ist.