-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Prüfen von federnden Elementen.
-
Mit dem Ausdruck „federnde Elemente” sind zum einen nur zum Zweck des Federns dienende Elemente wie Schraubenfedern, Gummifedern, Blattfeder oder dergleichen zu verstehen, zum anderen aber auch mindestens teilweise zu einem weiteren bzw. anderen Zweck dienende federnde Elemente, wie KFZ-Federbeine oder KFZ-Stabilisatoren.
-
Für die Entwicklung derartiger Elemente, ebenso wie für die Endkontrolle bei der Fertigung oder für die Eingangskontrolle zugekaufter Teile müssen diese Elemente unter wirklichkeitsnahen Belastungsbedingungen statisch und zyklisch geprüft werden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Elemente z. B. einem Dauertest ausgesetzt werden müssen, in welchem diese bis zu einer Ecklastspielzahl geprüft werden. Bei derartigen Tests wird beispielsweise die Schwingfestigkeit derartiger federnder Elemente geprüft.
-
Bei einer Art von bisher verwendeten Prüfständen, wie beispielsweise in der Druckschrift
EP 0 356 429 B1 offenbart, ist vorgesehen, ein resonanzfähiges System aufzubauen, bei dem mindestens zwei federnde Elemente miteinander derartig in Wirkverbindung stehen, dass beim Entlasten des einen federnden Elements das andere belastet wird und umgekehrt, wobei die Prüf- bzw. Belastungsfrequenz der Resonanzfrequenz des Systems entspricht, die durch die Federkräfte und die dem System immanenten Massenträgheitsmomente bestimmt ist. Genauer ist bei einem derartigen Prüfstand vorgesehen, zwei Hebelbalken übereinander derart an Lagern zu lagern, dass sie um Drehachsen hin- und her kippen können, wobei an linken – bzw. rechten Armen der Hebelbalken Einspannvorrichtungen vorgesehen sind, an denen die Prüflinge eingespannt werden können. Zur Schwingungserregung kommen Antriebsmotoren zum Einsatz, über die Kippbewegungen der Hebelbalken realisiert werden. Derartige Prüfstände weisen die Nachteile auf, dass Prüflinge nur unter der Bedingung der Resonanzschwingung geprüft werden können, da ansonsten die Antriebsmotoren dem Schwingsystem viel Energie zuführen müssen, um die Schwingung aufrechtzuerhalten. Die Resonanzfrequenz kann bei definierten Prüflingen nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand variiert werden. Weiterhin müssen die Antriebsmotoren bzw. die Leistung der Antriebsmotoren an die zu prüfenden Prüflinge angepasst werden und die Prüflinge können sich bei einer hohen Resonanzfrequenz so stark erwärmen, dass die Prüfergebnisse nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen.
-
Andererseits sind Prüfstände bekannt, in denen servohydraulische Anlagen zum Einsatz kommen. Bei diesen Prüfständen können eine Vielzahl verschiedener Amplituden und Frequenzen beliebiger Signalformenvorgegeben werden. Diese Anlagen haben einen hohen Energiebedarf und sind im Betrieb teuer. Zusammengefasst sind Resonanzprüfstände zwar energieeffizient, aber unflexibel mit Blick auf Prüfparameter wie die Frequenz. Bei servohydraulischen Anlagenkönnen hingegen die Prüfparameter variabel eingestellt werden. Diese Anlagen sind aber nicht energieeffzient.
-
Die Druckschrift
JP S6113133 A offenbart einen Prüfstand zum zyklischen Prüfen von federnden Elementen, wobei der Prüfstand einen doppelwirkenden Zylinder mit zwei Kammern aufweist. Der Prüfstand weist weiterhin eine Pumpe auf, die mit den Kammern des doppeltwirkenden Zylinders ein geschlossenes Fluidsystem bilden. Die Pumpe ist mit einer Antriebseinheit verbunden, wobei eine von einem federnden Element erzeugte Rückstellkraft über die Pumpe auf die Antriebseinheit übertragbar ist.
-
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Prüfstand und das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass federnde Elemente kostengünstig und variabel geprüft werden können.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Prüfstand zum zyklischen Prüfen wenigstens eines federnden Elements anzugeben, wobei der Prüfstand mindestens einen doppelwirkenden Zylinder aufweist, der in zwei Kammern unterteilt ist sowie mindestens eine Pumpe aufweist, die mit dem Zylinder fluidverbunden ist. Die Kammern des doppelwirkenden Zylinders sowie die Pumpe bilden ein geschlossenes Fluidsystem, insbesondere ein geschlossenes Hydrauliksystem, bei dem die Pumpe und die Kammern für den bidirektionalen Fluidaustausch zwischen den Kammern fluidverbunden sind. Weiterhin ist eine Antriebseinheit vorgesehen, wobei die Pumpe mechanisch mit der Antriebseinheit gekoppelt ist und die Antriebseinheit im Antriebsmodus als Motor und im Stromerzeugungsmodus als Generator betreibbar ist. Ein Befestigungsmittel ist dem Kolben zugeordnet, wobei das federnde Element zwischen dem Kolben und dem Befestigungsmittel einspannbar ist, sodass eine von dem federnden Element im Prüfbetrieb erzeugte Rückstellkraft durch die Kammern und durch die Pumpe auf die Antriebseinheit übertragbar ist derart, dass die Antriebseinheit im Stromerzeugungsmodus betreibbar ist. Dabei ist die Antriebseinheit mit einem Kondensator verbunden.
-
Die Erfindung beruht ferner auf dem Gedanken, ein Verfahren zum Prüfen der Schwingfestigkeit mindestens eines federnden Elements durch den erfindungsgemäßen Prüfstand anzugeben. Verfahrensgemäß ist vorgesehen, den Prüfling/das federnde Element am Kolben des erfindungsgemäßen Prüfstands zu befestigen und hierauf folgend die Kammern des Prüfstands durch die Pumpe und durch die Antriebseinheit des Prüfstands mit einem Druck zu beaufschlagen derart, dass eine Kraft auf das federnde Element ausgeübt wird, sodass das federnde Element elastisch verformt wird. Das elastisch verformte federnde Element erzeugt beim Rückformen, d. h. beim Übergang vom verformten Zustand in den Ausgangszustand, eine Rückstellkraft. Die Rückstellkraft wird durch die Kammern und die Pumpe auf die Antriebseinheit übertragen derart, dass die Antriebseinheit im Stromerzeugungsmodus betrieben wird.
-
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Energie, die vom Prüfstand zur Verformung des federnden Elements aufgewandt wird, beim Rückformen des federnden Elements zumindest zum Teil genutzt wird, dahingehend, dass die Antriebseinheit beim Rückformen des federnden Elements als Generator betreibbar ist bzw. betrieben wird. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Prüfständen ist somit ein Prüfstand realisiert, der Prüflinge energieeffizient prüfen kann und hierbei nicht darauf angewiesen ist, ein schwingfähiges System Prüfstand-Prüfling im Schwingungszustand der Resonanz prüfen zu müssen und daher auf die Resonanzfrequenz des schwingfähigen Systems eingeschränkt zu sein. Im Unterschied zu bisher bekannten servohydraulischen Systemen kann ein Großteil der zur Verformung des federnden Elements eingesetzten Energie zurückgewonnen werden. In anderen Worten wird die Antriebseinheit im Antriebsmodus betrieben, wenn das federnde Element verformt wird und im Stromerzeugungsmodus betrieben, wenn das federnde Element sich rückverformt. Hierdurch wird lediglich die Energie, die im System durch Dämpfung, Reibungsverluste o. ä. verloren geht, nicht wieder genutzt.
-
Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit mit einem Kondensator als elektrischem Zwischenspeicher verbunden ist.
-
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Energie, die von der Antriebseinheit im Stromerzeugungsmodus generiert wird, d. h. dann generiert wird, wenn das federnde Element aus seinem verformten Zustand in seinen Ausgangszustand zurückkehrt (Rückverformung), auf einfache Art zwischengespeichert werden kann. Die so im Kondensator gespeicherte Energie kann beispielsweise in einem auf den bisher beschriebenen ersten Prüfzyklus folgenden zweiten Prüfzyklus verwendet werden und hierbei der Antriebseinheit zugeführt werden derart, dass die Antriebseinheit im Antriebsmodus betrieben wird und das federnde Element hierdurch erneut verformt wird. Die Antriebseinheit verwendet die im Zwischenspeicher gespeicherte Energie und muss in diesem Fall lediglich die durch Reibungs- und/oder Dämpfungsverluste verlorene Energie nachführen.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe als Zahnradpumpe und insbesondere als hydraulische Zahnradpumpe ausgebildet.
-
Eine Zahnradpumpe und insbesondere eine hydraulische Zahnradpumpe weist den Vorteil auf, dass die Steuerung des Kolbens, der über die Kammern des doppelwirkenden Zylinders mit der Pumpe hydraulisch verbunden ist ohne Wege- oder Drosselventile durchgeführt werden kann. Dies wird gewährleistet, da eine derartige Zahnradpumpe als Verdrängerpumpe betreibbar ist und Fluid in beide Richtungen eines angeschlossenen Fluidkreislaufs befördern bzw. pumpen kann. Daher sind zum einen in dem Fall, in dem das federnde Element verformt wird als auch in dem Fall, in dem das federnde Element in seine Ausgangslage zurückkehrt, keine Ventile oder dergleichen zum „Umschalten” der Pumpe erforderlich. Die Zahnradpumpe kann in dem Fall, in dem die Antriebseinheit im Antriebsmodus betrieben wird, einen hydraulischen Druck bzw. Unterdruck auf die Kammern des doppeltwirkenden Zylinders ausüben derart, dass der Kolben in Richtung des federnden Elements verschoben wird und das federnde Element verformt wird und in dem Fall, in dem die Antriebseinheit als Generator, d. h. im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, den durch die Rückstellkraft des federnden Elements durch den Kolben und die Kammern übertragenen Hydraulikdruck direkt mechanisch an die Antriebseinheit weitergeben, ohne dass hierfür Ventile oder dergleichen notwendig sind.
-
Die Zahnradpumpe kann als Innenzahnrad-, Außenzahnrad-, Zahnring- oder Schraubenpumpe ausgebildet sein. Alternativ kann die hydraulische Pumpe auch als Axialkolbenpumpe oder andere geeignete hydraulische Pumpe ausgebildet sein.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwei Pumpen vorgesehen, wobei die erste Pumpe mit der ersten, druckseitigen Kammer des doppeltwirkenden Zylinders fluidverbunden ist und die zweite Pumpe mit der zweiten, saugseitigen Kammer des doppeltwirkenden Zylinders fluidverbunden ist.
-
Die zwei Pumpen bilden weiterhin zusammen mit den Kammern vorzugsweise ein geschlossenes Hydrauliksystem. Vorteilhafterweise sind zwei Pumpen vorgesehen, um die zur Verformung des federnden Elements notwendige Kraft optimiert zur Verfügung stellen zu können. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, die erste Pumpe, die mit der druckseitigen Kammer fluidverbunden ist, derart auszubilden, dass die erste Pumpe eine höhere Pumpleistung aufweist, als die zweite Pumpe. Somit wird gewährleistet, dass die Leistung, die notwendig ist, um das federnde Element zu verformen, zur Verfügung gestellt werden kann und die Rückstellkraft, die bei der Rückformung des federnden Elements auf die Antriebseinheit zu übertragen ist, von den Pumpen, die hierzu mit der Antriebseinheit mechanisch verbunden sind, auf die Antriebseinheit übertragen werden kann.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit, die Pumpe sowie der doppeltwirkende Zylinder eine erste Einheit ausbilden und eine zweite, im Wesentlichen baugleich zur ersten Einheit ausgebildete zweite Einheit vorgesehen ist. Die zwei Einheiten sind durch einen Kondensator als elektrischen Zwischenspeicher miteinander verbunden.
-
Unter dem Begriff „im Wesentlichen baugleich” ist zu verstehen, dass die wesentlichen Elemente der ersten Einheit, d. h. die Antriebseinheit, die Pumpe sowie der doppeltwirkende Zylinder mit entsprechendem Kolben funktional identisch zu den entsprechenden Teilen der zweiten Einheit ausgebildet sind. Denkbar ist natürlich, dass z. B. die genaue Führung von Leitungen zwischen den Kammern und der Pumpe, der mechanischen Verbindung zwischen der Pumpe und der Antriebseinheit und/oder der elektrischen Verbindung zwischen der Antriebseinheit und dem Zwischenspeicher leicht variiert wird. Mit anderen Worten ist die Funktionalität der ersten Einheit identisch zur Funktionalität der zweiten Einheit, wobei die einzelnen Komponenten der ersten Einheit strukturell abweichend von den Komponenten der zweiten Einheit sein können, solange die Funktionalität der Einheiten gleich ist.
-
Die Energie, die von der Antriebseinheit der ersten Einheiten generiert wird, wenn die Antriebseinheit im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, kann von der Antriebseinheit der zweiten Einheit genutzt werden derart, dass die Antriebseinheit der zweiten Einheit im Antriebsmodus betrieben wird. Insbesondere optimal können die beiden Einheiten dann betrieben werden, wenn die Antriebseinheit der ersten Einheit immer dann im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, wenn die Antriebseinheit der zweiten Einheit im Antriebsmodus betrieben wird. In anderen Worten werden die beiden Einheiten vorzugsweise phasenverschoben zueinander betrieben. Hierdurch wird gewährleistet, dass die beiden Antriebseinheiten nur die Energie zuführen müssen, die durch Reibungs- und/oder Dämpfungsverluste verloren geht. Somit können zwei Prüflinge, die jeweils mit der ersten bzw. zweiten Einheit verbunden sind, optimal und energieeffizient geprüft werden. Außerdem kann ein Prüfstand, wenn Einheiten, umfassend doppeltwirkende Zylinder, Pumpen und Antriebseinheiten, verwendet werden, einfach modular erweitert werden und mehrere Prüflinge, die jeweiligen Einheiten zugeordnet sind, geprüft werden.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens eine dritte und eine vierte Einheit vorgesehen, die im Wesentlichen baugleich zur ersten Einheit ausgebildet sind. Die dritte und vierte Einheit sind vorzugsweise durch einen Kondensator als elektrischen Zwischenspeicher miteinander verbunden.
-
Die insgesamt vier Einheiten mit den ihnen zugeordneten insgesamt vier Prüflingen werden vorteilhafterweise so betrieben, dass immer zwei der Prüflinge verformt werden, während die anderen zwei Prüflinge im Schritt des Rückformens begriffen sind. In anderen Worten werden zwei Antriebseinheiten im Antriebsmodus betrieben, während die zwei anderen Antriebseinheiten im Stromerzeugungsmodus betrieben werden. Hierbei sind vorzugsweise jeweils zwei der Einheiten über einen Zwischenspeicher miteinander verbunden, sodass diese zwei Einheiten jeweils phasenverschoben, insbesondere gegenphasig (180°), zueinander betrieben werden. Somit kann die Energie, die durch das Rückformen der federnden Elemente erzeugt wird, optimal genutzt werden, da die Energie zur Verformung des federnden Elements genutzt wird, dass der jeweiligen anderen Einheit zugeordnet ist.
-
Vier Einheiten mit entsprechenden vier Prüflingen weisen den Vorteil auf, dass ein Massenausgleich stattfindet derart, dass der Prüfstand als Ganzes nahezu keinen freien Massenkräften und -momenten ausgesetzt ist. Im Unterschied hierzu kommt es bei der Verwendung lediglich einer Einheit mit einem zugeordneten federnden Element bei der Verformung und auch bei der Rückformung des federnden Elements durch die Beschleunigung der bewegten Massen zu Massenkräften, die auf den Prüfstand wirken. Bei der Verwendung zweier Einheiten mit jeweils zugeordneter federnder Elemente und bei gegenphasigem Betrieb der Einheiten werden die Massenkräfte aufgehoben. Es kommt aber zu freien Massenmomenten. Bei der Verwendung von vier Einheiten, die bspw. diagonal gegenphasig betrieben werden und im Wesentlichen in einer Rechtecks- oder Quadratformation angeordnet sind, lassen sich freie Massenkräfte und -momente nahezu vollständig eliminieren.
-
Denkbar ist auch, Drehstäbe, wie Stabilisatoren, insbesondere Kfz-Stabilisatoren, LKW-Stabilisatoren oder andere Stabilisatoren für zweispurige Fahrzeuge zu prüfen, wobei hierbei vorzugsweise zwei Stabilisatoren gleichzeitig geprüft werden und hierzu vier Einheiten zum Einsatz kommen. Hierbei werden die Einheiten so angeordnet, dass jeweils eine Einheit in einem ersten bzw. zweiten endseitigen Bereich des ersten bzw. zweiten Stabilisators angeordnet ist. Beim Betrieb des Prüfstandes werden zwei Einheiten gegenphasig zu den zwei anderen Einheiten derart betrieben, dass der erste endseitige Bereich des ersten Stabilisators sowie der zweite endseitige Bereich des zweiten Stabilisators in eine erste Richtung verformt werden und der zweite endseitige Bereich des ersten Stabilisators und der erste endseitige Bereich des zweiten Stabilisators in eine zweite, zur ersten entgegengesetzte Richtung verformt werden. Hierdurch werden die endseitigen Bereiche der Stabilisatoren jeweils verformt derart, dass die beiden Stabilisatoren einer gegenphasigen Torsionsverformung ausgesetzt werden. Das Prüfen von zwei Stabilisatoren ermöglicht einen Massenausgleich wie oben in Bezug auf federnde Elemente beschrieben.
-
Andererseits kann auch ein einzelner Drehstab, insbesondere Stabilisator geprüft werden, wobei hierzu zwei Einheiten, die mit den endseitigen Bereichen des Stabilisators verbunden sind, vorgesehen sind. Hierbei wird der erste endseitige Bereich des Stabilisators in eine erste Richtung verformt und der zweite endseitige Bereich des Stabilisators in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung verformt. Unabhängig davon, wie viele Stabilisatoren geprüft werden, sind den Einheiten Zwischenspeicher zugeordnet und die Einheiten vorzugsweise durch Zwischenspeicher elektrisch miteinander verbunden derart, dass die Energie, die beim Rückformen der Stabilisatoren durch die Rückstellkraft frei wird, in dem/den Zwischenspeicher(n) gespeichert wird, um beim nächsten Prüfzyklus zur Verfügung zu stehen.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste, zweite, dritte und vierte Einheiten durch einen Kondensator als elektrischen Zwischenspeicher miteinander verbunden.
-
Hierdurch ist die Energie, die von den Antriebseinheiten der Einheiten im Stromerzeugungsmodus erzeugt wird, optimal auf die Antriebseinheiten übertragbar, die in diesem Moment im Antriebsmodus betrieben werden. Die Anzahl der Zwischenspeicher kann hierbei an die zu übertragende Energie angepasst werden. Mit dem Begriff „Energie” ist vorzugsweise immer elektrische Energie gemeint. Wenn federnde Elemente von relativ großem Ausmaß geprüft werden, können von den Antriebseinheiten in dem Fall, in dem sie im Stromerzeugungsmodus betrieben werden, große Ströme und hohe elektrische Spannungen erzeugt werden. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, mehrere Zwischenspeicher, insbesondere Kondensatoren, vorzusehen, um die elektrische Energie optimal zwischenspeichern zu können. In dem Fall, in dem keine hohen Ströme bzw. hohe Spannungen auftreten, kann vorzugsweise nur ein einziger elektrischer Zwischenspeicher vorgesehen sein. Erfindungsgemäß sind vorzugsweise immer Einheiten durch einen Zwischenspeicher elektrisch miteinander verbunden, die gegenphasig betrieben werden. Denkbar ist natürlich auch, alle Einheiten durch mindestens einen Zwischenspeicher elektrisch miteinander zu verbinden oder aber jeder Einheit einen eigenen Zwischenspeicher zuzuordnen.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben eine Kolbenstange auf, mit der das federnde Element koppelbar ist, insbesondere durch ein Gelenk und/oder eine Koppelstange derart, dass vom Prüfstand eine Kraft auf das federnde Element ausübbar ist.
-
Bei allen vorstehend genannten Ausführungen bzw. allgemein im Rahmen der Erfindung kann eine Steuerung vorgesehen sein, die die Relativbewegung, insbesondere die phasenverschobene Relativbewegung der Kolben steuert.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. In diesen zeigen:
-
1 schematisch den Aufbau eines Prüfstands zum Prüfen wenigstens eines federnden Elements nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
-
2 schematisch einen Prüfstand zum Prüfen federnder Elemente zweier miteinander verbundener Einheiten des Prüfstands gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
-
3 schematisch den Aufbau eines Prüfstands zum Prüfen wenigstens eines federnden Elements, wobei das federnde Element als Stabilisator ausgebildet ist, nach einem erfindungsgemäßen Beispiel.
-
In 1 ist ein Prüfstand nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zum zyklischen Prüfen wenigstens eines federnden Elements 1 schematisch abgebildet. Unter einer zyklischen Prüfung wird die Prüfung der Dauer- oder Zeitschwingfestigkeit verstanden, bei der der Prüfling schwingend belastet wird. Der Prüfstand ist auch für statische oder quasistatische Prüflasten geeignet.
-
Bei dem federnden Element 1 kann es sich um Schraubenfedern wie gewundene Torsionsfedern, Wellenfedern oder Schenkelfedern oder aber gerade Torsionsfedern oder aber Biegefedern wie Spiralfedern, Membranfedern, Plattfedern oder Tellerfedern handeln. Andererseits sind Luftfedern, Gasdruckfedern, Elastomerfedern o. ä. Federtypen denkbar. Es können auch andere elastische Elemente wie Drehstäbe, bspw. Stabilisatoren oder automobilfremde Gegenstände wie z. B. Skier o. ä. geprüft werden.
-
Das federnde Element 1 ist vorzugsweise mit einer Kolbenstange 7 mit einem Kolben 3 verbunden, wobei der Kolben 3 innerhalb eines doppeltwirkenden Zylinders 2 angeordnet ist. Der doppeltwirkende Zylinder 2 wird durch den Kolben 3 in zwei Kammern 4.1, 4.2 unterteilt. Dabei handelt es sich um einen Differentialzylinder. Alternativ kann ein Gleichlaufzylinder (gleich großes Fluidvolumen beim Ein- und Ausströmen) verwendet werden.
-
Die Kammern 4.1, 4.2 sind über Leitungen 8, vorzugsweise Hydraulikleitungen 8, mit einer Pumpe 5 fluidverbunden. Bei der Pumpe 5 ist vorzugsweise eine hydraulische Pumpe und noch bevorzugter eine Zahnradpumpe vorgesehen. Wenn eine einzige Pumpe vorgesehen ist, bietet sich die Verwendung des Gleichlaufzylinders an.
-
Auch ist denkbar, dass als Pumpe nicht eine einzelne Pumpe sondern zwei Pumpen 5.1, 5.2 vorgesehen sind. In diesem Fall ist die Pumpe 5.1 mit der ersten, druckseitigen Kammer 4.1 fluidverbunden und die zweite Pumpe 5.2 mit der zweiten, saugseitigen Kammer 4.2 fluidverbunden. Diese Variante ist besonders bei der Verwendung eines Differentialzylinders geeignet, weil den unterschiedlichen Fluidströmen beim Ein- und Ausströmen durch eine entsprechende Anpassung der Pumpleistung Rechnung getragen wird.
-
Die Kammern 4.1, 4.2 bilden zusammen mit der Pumpe 5 und den Leitungen 8 ein abgeschlossenes Fluidsystem, insbesondere ein Hydrauliksystem. Dies bedeutet, dass ein Fluid in dem System, das durch die Kammern 4.1, 4.2, die Leitungen 8 sowie die Pumpe 5 gebildet wird, zirkulieren kann, nicht aber dieses System verlassen kann.
-
Die Pumpe 5.1 weist vorzugsweise eine höhere Pumpleistung als die Pumpe 5.2 auf, um somit die erste, druckseitige Kammer 4.1 geeignet mit Druck beaufschlagen zu können, da die druckseitige Kammer 4.1 größer ausgebildet ist als die druckseitige Kammer 4.2, wenn der Kolben 3 im Ruhezustand ist. Dies bedingt sich dadurch, dass in der saugseitigen Kammer 4.2 die Kolbenstange 7 vorgesehen ist.
-
Die Pumpe 5 ist durch eine mechanische Verbindung 9 mit der Antriebseinheit 6 mechanisch verbunden.
-
Bei der Antriebseinheit 6 handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Synchronmotor. Denkbar sind allerdings auch andere elektrische Motoren wie beispielsweise A-Synchronmotoren, Reluktanzmotoren, Schrittmotoren, elektronisch kommutierende Gleichstrommotoren o. ä.
-
Der doppeltwirkende Zylinder 2, die Pumpe 5 sowie die Antriebseinheit 6 bilden eine Einheit 12.
-
Beim Betrieb der Einheit 12 wird durch die Antriebseinheit 6 im Antriebsmodus eine Kraft auf die Pumpe 5 mechanisch übertragen, die wiederum die Kraft hydraulisch oder pneumatisch auf die Kammern 4.1, 4.2. überträgt. Dies geschieht derart, dass die druckseitige Kammer 4.1 mit einem Überdruck beaufschlagt wird und die saugseitige Kammer 4.2 mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Hierdurch wird eine Kraft auf den Kolben 3 übertragen derart, dass der Kolben 3 innerhalb des Innenraums des Zylinders 2 verschoben wird. Hierdurch wird die Kraft auf das federnde Element 1 übertragen, das mit dem Kolben 3, vorzugsweise durch eine Kolbenstange 7, verbunden ist.
-
Die von der Antriebseinheit 6 auf das federnde Element 1 übertragene Kraft sorgt dafür, dass das federnde Element 1 elastisch verformt wird. Hierauf folgend wird die durch die Antriebseinheit 6 erzeugte Kraft verringert oder ganz abgestellt und das federnde Element formt sich in seinen Ausgangszustand zurück. Die hierdurch entstehende Rückstellkraft wird vom federnden Element 1 auf den Kolben 3 übertragen. Diese Kraft wird durch den Kolben 3 auf das in den Kammern 4.1, 4.2 befindliche Fluid übertragen derart, dass das Fluid die Rückstellkraft über die Leitung 8 auf die Pumpe 5 überträgt. Die Pumpe 5 wiederum überträgt die Rückstellkraft mechanisch auf die Antriebseinheit 6 derart, dass die Antriebseinheit 6 nunmehr nicht im Antriebsmodus sondern in einem Stromerzeugungsmodus, d. h. als elektrischer Generator, betrieben wird.
-
Insgesamt wird somit ein Teil der Energie, die von der Antriebseinheit 6 aufgewandt wurde, um das federnde Element 1 zu verformen, wiederverwendet.
-
Die Energie, die von der Antriebseinheit 6 im Stromerzeugungsmodus generiert wird (elektrische Energie), wird über eine elektrische Verbindung bzw. über eine elektrische Leitung 10 zu einem Zwischenspeicher 11 übertragen. Bei dem Zwischenspeicher 11 handelt es sich um einen Kondensator.
-
Die elektrische Energie, die im Kondensator 11 gespeichert ist, nachdem das federnde Element vollständig rückgeformt ist, wird in einem weiteren Prüfzyklus verwendet, um das federnde Element 1 wieder zu verformen. Hierzu wird die elektrische Energie von dem Zwischenspeicher 11 wieder auf die Antriebseinheit 6 übertragen und genutzt, um über die Pumpe 5, die Leitungen 8, die Kammern 4.1, 4.2 sowie den Kolben 3 eine Kraft, die von der Antriebseinheit 6 erzeugt wurde, auf das federnde Element 1 zu übertragen.
-
In 2 sind zwei Einheiten 12, 12' schematisch dargestellt, wobei die Einheit 12' im Wesentlichen baugleich zur Einheit 12 ausgebildet ist.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Prüflinge 1, 1' gleichzeitig geprüft werden, wobei der Prüfling 1 von der Einheit 12 wie bereits oben beschrieben geprüft wird. Ein Zwischenspeicher 11 verbindet über elektrische Verbindungen 10, 10' der Antriebseinheiten 6 der Einheit 12 und 6' der Einheit 12'.
-
Vorzugsweise werden die Einheiten 12, 12' gegenphasig betrieben derart, dass das federnde Element 1 verformt wird, während das federnde Element 1' gerade in der Phase der Rückformung ist. Dies bedeutet, dass die Antriebseinheit 6' im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, wenn die Antriebseinheit 6 im Antriebsmodus betrieben wird. Dies bedeutet auch insbesondere, dass von der Antriebseinheit 6' im Stromerzeugungsmodus erzeugte elektrische Energie über die elektrische Verbindung 10' dem Zwischenspeicher 11 zugeführt wird und die Antriebseinheit 6 eben diese Energie nutzt, um im Antriebsmodus betrieben zu werden. Dieser Vorgang kehrt sich selbstverständlich um, wenn die Antriebseinheit 6 im Stromerzeugungsmodus betrieben wird (Rückformung des federnden Elements 1) und die Antriebseinheit 6' im Antriebsmodus betrieben wird (Verformung des federnden Elements 1').
-
Denkbar, in 2 jedoch nicht gezeigt, ist der Fall, dass insgesamt vier Einheiten 12, 12', 12'', 12''' vorgesehen sind. In diesem Fall werden vier Prüflinge 1, 1', 1'', 1''' gleichzeitig geprüft derart, dass jeweils zwei Einheiten gleichphasig betrieben werden und gegenphasig bzgl. der anderen zwei Einheiten betrieben werden. Hierdurch wird erreicht, dass im Prüfstand insgesamt ein Massenausgleich stattfindet, d. h. keine oder nur geringfügige Massenkräfte und -momente auf den Prüfstand ausgeübt werden, wenn die Prüflinge geprüft werden.
-
3 zeigt den Fall, in dem als federndes Element ein Stabilisator 13, der im KFZ-Bereich eingesetzt wird, geprüft wird. Der Stabilisator 13 ist über Aufhängungen 14 so angeordnet, dass ein erster endseitiger Bereich 13.1 mit dem Kolben 3 einer ersten Einheit 12 verbunden ist und ein zweiter endseitiger Bereich 13.2 mit dem Kolben 3' einer zweiten Einheit 12' verbunden ist. Die Einheiten 12, 12' werden in diesem Fall wie bereits oben beschrieben gegenphasig betrieben derart, dass der erste endseitige Bereich 13.1 des Stabilisators in eine erste Richtung verformt wird während der zweite endseitige Bereich 13.2 des Stabilisators in eine entgegengesetzte zweite Richtung verformt wird.
-
Die elektrische Energie, die beim Rückformen der endseitigen Bereiche 13.1, 13.2 des Stabilisators 13 jeweils auf die Antriebseinheiten 6, 6' übertragen wird, wird in einem Zwischenspeicher 11 gespeichert derart, dass in einem weiteren Prüfzyklus die Antriebseinheiten 6, 6' diese elektrische Energie nutzen können, wenn sie im Antriebsmodus betrieben werden.
-
Die Erfindung, wie anhand der vorstehenden Beispiele erläutert, ermöglicht die Prüfung von federnden Elementen und dgl. bei unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden beliebiger Signalformen. Durch die Rückführung der in den federnden Elementen gespeicherten Energie in den Prüfprozess wird die Energieeffizienz erheblich verbessert.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prüfstands beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1, 1', 1'', 1'''
- federnde Elemente
- 2, 2', 2'', 2'''
- Zylinder
- 3, 3', 3'', 3'''
- Kolben
- 4.1, 4.1', 4.1'', 4.1''', 4.2, 4.2', 4.2'', 4.2'''
- Kammern
- 5, 5', 5'', 5''', 5.1, 5.1', 5.1'', 5.1'''
- Hydraulikpumpen
- 6, 6', 6'', 6'''
- Antriebseinheiten
- 7
- Kolbenstange
- 8, 8', 8'', 8'''
- hydraulische Leitung
- 9, 9', 9'', 9'''
- mechanische Verbindung
- 10, 10', 10'', 10'''
- elektrische Verbindung
- 11
- Zwischenspeicher
- 12, 12', 12'', 12'''
- Einheit
- 13
- Stabilisator
- 13.1
- erster endseitiger Bereich
- 13.2
- zweiter endseitiger Bereich
