DE19809655B4 - Meßvorrichtung für Automobil-Bauteile und zugehörige Antriebseinheit - Google Patents
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Abstract
– ein erster Adapter (6) zur Aufnahme eines ersten Abschnitts (8) des Bauteils (7) ist um eine erste Achse (12) verdrehbar und in einer ersten Ebene verschiebbar gelagert und antreibbar, wobei die erste Achse (12) in der ersten Ebene gelegen ist,
– ein zweiter Adapter (10) zur Aufnahme eines zweiten Abschnitts (9) des Bauteils (7) ist um eine zweite Achse (13) verdrehbar und in einer zweiten Ebene verschiebbar gelagert und antreibbar, wobei die zweite Achse (13) senkrecht zu der ersten Achse (12) ausgerichtet und in der zweiten Ebene, die senkrecht auf der ersten Ebene steht, gelegen ist,
– jeder Adapter (6, 10) ist über nur eine separate Antriebseinheit (2, 3) antreibbar, wobei Mittel zur programmierten oder manuellen Steuerung der Antriebseinheiten (2, 3) vorgesehen...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit Hilfe derer Automobilteile belastbar und vermeßbar sind und auf eine Antriebseinheit zur Verwendung in Meßvorrichtungen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Merkmalen.
- Meßvorrichtungen der genannten Art sind für diverse Anwendungen bei der Prüfung von Automobilteilen vonnöten, wobei die Prüfung zur Beurteilung von Bauteilen bei statischer Belastung sowie im Hinblick auf Haltbarkeit und Dauerbelastbarkeit dieser Teile erfolgt. Beispielsweise Gelenkanordnungen sind mittels der Meßvorrichtungen definiert zu belasten, um eine sichere Funktion im Serieneinsatz gewährleisten zu können. Dem kommt eine hohe Bedeutung zu, da es sich oft um sicherheitsrelevante Bauteile handelt.
- Meßanordnungen für Gelenke sind bereits beispielsweise aus der
DE-C 41 02 278 bekannt. Da die bestehenden Meß-/Prüfaufgaben sehr komplex sind, besteht die Forderung nach möglichst vielseitig verwendbaren Meßvorrichtungen, wobei insbesondere zugehörige Antriebseinheiten eine sehr variable Belastung der Bauteile ermöglichen müssen. Bei möglichst geringem Aufwand soll die variable, exakt reproduzierbare Belastung der Bauteile möglich werden, wobei diese Forderungen von bekannten Meßvorrichtungen nur teilweise erfüllt werden. - Es ist Aufgabe der Erfindung dem abzuhelfen und eine Meßvorrichtung sowie darin nutzbare Antriebseinheiten zu schaffen, wobei eine kostengünstige und schnelle Gewinnung von Meß- und Prüfergebnissen möglich sein soll und die Forderung nach einer exakten Reproduzierbarkeit (Dokumentation) dieser Ergebnisse erfüllt werden muß.
- Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Meßvorrichtung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus, wobei sich weitere Einzelheiten aus den Patentansprüchen 2 bis 4 und der Beschreibung ergeben. Die zugehörige erfindungsgemäße Antriebseinheit hat die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale und ist im Patentanspruch 6 sowie der Beschreibung näher gekennzeichnet.
- Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird das zu prüfende Bauteil nicht einseitig fest eingespannt und andererseits belastet, sondern die Aufbringung der Belastung ist beidseitig möglich. Dazu sind ein erster und ein zweiter Adapter vorgesehen, die jeweils mit einem Bauteilabschnitt zu verbinden sind. Beide Adapter sind zur Lastaufbringung um eine Achse verdrehbar und in einer Ebene (die die Achse beinhaltet) verschiebbar. Stehen die Belastungsachsen und -ebenen senkrecht zueinander, sind Bauteilbelastungen in allen relevanten Raumebenen zu erzeugen. Dabei sind alle Belastungskollektive exakt reproduzierbar.
- Die genannte Belastung der Adapter und damit des Bauteils erfolgt durch jeweils nur eine Antriebseinheit, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Zwischen einem Adapter und der zugehörigen Antriebseinheit ist ein Kreuzgelenk vorgesehen, das radiale Verspannungen des Bauteils ausschließt. Das Kreuzgelenk ist jedoch verriegelbar, so daß dann genau die Bauteilreaktionen bei derartigen (radialen) Verspannungen geprüft werden können.
- Die an den Adaptern wirkenden Kräfte und Drehmomente sowie ihre Bewegungen sind durch Meßmittel zu erfassen, wobei diese mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind. Damit sind die Meßergebnisse aufzubereiten und andererseits kann auch eine Rückkopplung der Meßwerte an die Antriebssteuerung vorgesehen werden.
- Der erste Adapter ist Teil einer Wippe, die von der zugehörigen Antriebseinheit geschwenkt und axial verschoben wird. Je nach Lage des Bauteils auf der Wippe kann so beim Schwenken eine radiale Kraftkomponente oder eine Bauteilverwindung erzeugt werden.
- Die beiden vorgesehenen gleichartigen Antriebseinheiten sind jeweils mit nur einem Antrieb (Motor und Getriebe) ausgestattet. Dieser ist mit einer Kupplung, einer Bremse und zwei Getrieben ausgestattet, womit wahlweise eine Drehbewegung einer Antriebswelle oder eine axiale Verschiebung dieser Welle erzeugbar ist.
- Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Von den zugehörigen Figuren zeigt:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht; -
2 : eine schematische Darstellung der möglichen Bauteilbelastungen in der Meßvorrichtung nach1 ; -
3 : eine Antriebseinheit der Meßvorrichtung nach1 mit Meßmitteln, einem Kreuzgelenk sowie einem Adapter. - Die in
1 gezeigte Meßvorrichtung weist ein Gestell1 auf, an dem eine erste Antriebseinheit2 , eine zweite Antriebseinheit3 , eine Wippe4 sowie eine Antriebswelle5 der zweiten Antriebseinheit3 abgestützt sind. Die Wippe4 und die Antriebswelle5 sind derart gelagert, daß sie drehbar und axial verschiebbar, jedoch radial starr sind. Die Wippe4 bildet eine Baueinheit mit einem ersten Adapter6 , an dem ein zu prüfendes Bauteil7 (im Ausführungsbeispiel eine Gelenkanordnung) zu befestigen ist. Insbesondere wird ein erster Abschnitt8 des Bauteils7 mit dem Adapter6 fest verbunden. - Ein zweiter Abschnitt
9 des Bauteils7 wird mit einem zweiten Adapter10 fest verbunden, wobei sich dieser am Ende der Antriebswelle5 der zweiten Antriebseinheit3 befindet. Die Antriebswelle5 ist an ihrem Ende, im Bereich der Verbindung mit dem Adapter10 , mit einem ver-/entriegelbaren Kreuzgelenk11 versehen. - Bei dieser Anordnung sind die in
2 dargestellten Bauteilbelastungen realisierbar. Ein Abschnitt8 einer Gelenkanordnung ist im Adapter6 eingespannt und gemeinsam mit der Wippe4 in Richtung der Achse12 verschiebbar. Die Achse12 ist gleichzeitig die Drehachse der Wippe4 , so daß der Adapter6 mit dem Bauteilabschnitt8 auch um die Achse12 verschwenkbar ist. Das Bauteil7 ist derart eingespannt, daß die Achse12 den Drehpunkt eines Gelenk-Kugelkopfes schneidet. - Die Belastung des zweiten Abschnitts
9 des Bauteils7 (Gelenkanordnung) erfolgt von oben durch axialen Zug/Druck bzw. durch Verdrehung um eine Achse13 . Diese Achse13 steht senkrecht auf der Achse12 . Die Belastung erfolgt vornehmlich bei verriegeltem Kreuzgelenk11 . - Details der Antriebseinheit
3 , die gleichartig der Antriebseinheit2 aufgebaut ist, sowie der mit der Antriebswelle5 in Verbindung stehenden Bauelemente der Meßeinrichtung sind aus3 ersichtlich. - Am unteren Ende der Antriebswelle
5 ist der zweite Adapter10 zur Aufnahme des zweiten Bauteilabschnitts9 angeordnet. Darüber ist das Kreuzgelenk11 in die Antriebswelle5 integriert. Das Verriegeln/Entriegeln erfolgt durch eine kugelgelagerte Schiebehülse14 , die in3 geschnitten in zwei Positionen dargestellt ist. Durch Heraufziehen der Schiebehülse14 wird das Kreuzgelenk11 frei, bei heruntergeschobener Hülse14 ist es verriegelt. - Die Hülse
14 ist an ihrem Außenumfang ebenfalls kugelgelagert und am Gestell1 der Meßvorrichtung abgestützt. Damit ist eine Radialbewegung der Antriebswelle5 ausgeschlossen. - Oberhalb des Kreuzgelenks
11 sind Mittel zum Erfassen der von der Antriebswelle übertragenen Kräfte und Drehmomente vorgesehen. Eine Meßwelle15 verbindet einen oberen Abschnitt16 mit einem unteren Abschnitt17 der Antriebswelle5 miteinander. Die Meßsignale werden in an sich bekannter Weise an eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung übermittelt. - Der obere Abschnitt
16 der Antriebswelle5 wird von der Antriebseinheit3 aus angetrieben, wozu dieser Abschnitt16 dort innerhalb zweier Muttern gelagert ist. Es handelt sich dabei um eine Spindelmutter18 und um eine Schubmutter19 . Diese Muttern18 ,19 sind an ihrem Außenumfang in einem Motorgehäuse20 radial und axial starr jedoch verdrehbar gelagert. Verdrehungen sind möglich um die Achsen der Muttern18 ,19 , die koaxial zur Achse13 der Antriebswelle5 angeordnet sind. Zum Antrieb sind beide Muttern18 ,19 mit jeweils einem separaten Zahnriemengetriebe21 ,22 versehen, die von einer Motorwelle23 eines Motors24 aus antreibbar sind. Die Motorwelle23 kann vom Motor24 in Drehung versetzt werden, wobei sich eine Zahnscheibe25 des Zahnriemengetriebes21 aufgrund starrer Verbindung immer mitdreht. Eine Zahnscheibe26 des Zahnriemengetriebes22 ist auf der Motorwelle23 kugelgelagert und nur über eine Kupplung27 mit der Motorwelle23 verbindbar. Zusätzlich ist eine steuerbare Bremse28 vorgesehen, die die Zahnscheibe26 am Motorgehäuse20 blockiert. - Der obere Abschnitt
16 der Antriebswelle5 ist am Umfang sowohl mit spindelförmigen Ausnehmungen29 als auch mit axial ausgerichteten Führungen30 versehen. In der Spindelmutter18 sind zu den Ausnehmungen18 korrespondierende Führungen (Spindelgewinde) vorgesehen und die Schubmutter19 ist mit Führungsnuten versehen, die korrespondierend zu den Führungen30 der Antriebswelle ausgeführt sind. Damit ist die Antriebswelle5 in der Spindelmutter18 schraubenartig verdrehbar, in der Schubmutter19 jedoch ausschließlich axial verschiebbar. Folgende Funktionsweisen der Antriebseinheit3 sind möglich: - 1. Die Spindelmutter
18 wird vom Motor24 in Drehung versetzt und die Schubmutter19 ist über das Zahnriemengetriebe22 und die Bremse28 blockiert. In der Folge bewegt sich die Antriebswelle5 vertikal auf oder ab ohne sich dabei zu verdrehen. - 2. Die Zahnscheibe
26 wird über die Kupplung27 mit der Motorwelle23 verbunden und die Bremse28 ist gelöst. Es werden beide Muttern18 ,19 mit identischer Drehzahl verdreht. In der Folge dreht sich auch die Antriebswelle5 (angetrieben von der Schubmutter19 ), wobei keine axiale Verschiebung der Welle5 erfolgt, da sich die Spindelmutter18 mitdreht. - 3. Die Kupplung
27 und die Bremse28 sind geschlossen. Dies ist eine Sicherheitsstellung, die ein selbsttätiges Herabdrehen der Antriebswelle5 verhindert. - Die Positionen beider Muttern
18 ,19 werden durch feinfühlige Inkrementalgeber überwacht, so daß eine exakte Positions- und Bewegungsbestimmung der Antriebswelle5 möglich ist. In anderer Ausführung der Erfindung wird die Drehposition des Motors24 (seiner Motorwelle23 ) durch Inkrementalgeber überwacht und des weiteren die Stellung der Kupplung27 sowie der Bremse28 analysiert, wodurch ebenfalls auf die Stellung der Muttern18 ,19 und damit der Antriebswelle5 rückzuschließen ist. Die Meßwerte werden gemeinsam mit den Kraft- und Drehmomentenwerten an die Auswerteeinheit übermittelt. - Die Motorsteuerung als auch die Steuerung der Kupplung
27 und der Bremse28 erfolgt von einer Steuervorrichtung aus. Es sind standardisierte Prüfabläufe vorprogrammiert durchführbar und Einzelprüfungen von Hand steuerbar. - Von besonderem Vorteil ist, daß je Antriebseinheit
2 ,3 nur ein Motor24 vonnöten ist. Es ist damit keine aufwendige Synchronisation mehrerer Motoren durchzuführen und die Prüfabläufe sind sehr exakt reproduzierbar.
Claims (6)
- Meßvorrichtung zur Messung von Kräften und Drehmomenten sowie räumlichen Bewegungen an belastbaren Automobil-Bauteilen (
7 ), wie Gelenkanordnungen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – ein erster Adapter (6 ) zur Aufnahme eines ersten Abschnitts (8 ) des Bauteils (7 ) ist um eine erste Achse (12 ) verdrehbar und in einer ersten Ebene verschiebbar gelagert und antreibbar, wobei die erste Achse (12 ) in der ersten Ebene gelegen ist, – ein zweiter Adapter (10 ) zur Aufnahme eines zweiten Abschnitts (9 ) des Bauteils (7 ) ist um eine zweite Achse (13 ) verdrehbar und in einer zweiten Ebene verschiebbar gelagert und antreibbar, wobei die zweite Achse (13 ) senkrecht zu der ersten Achse (12 ) ausgerichtet und in der zweiten Ebene, die senkrecht auf der ersten Ebene steht, gelegen ist, – jeder Adapter (6 ,10 ) ist über nur eine separate Antriebseinheit (2 ,3 ) antreibbar, wobei Mittel zur programmierten oder manuellen Steuerung der Antriebseinheiten (2 ,3 ) vorgesehen sind, – zwischen dem zweiten Adapter (10 ) und der zugehörigen Antriebseinheit (3 ) ist ein ver-/entriegelbares Kreuzgelenk (11 ) angeordnet, – es sind Mittel (15 ) zur Erfassung der auf die beiden Adapter (6 ,10 ) wirkenden Kräfte und Drehmomente sowie ihrer Bewegungen vorgesehen, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind. - Meßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier gleichartiger Antriebseinheiten (
2 ,3 ) mit jeweils einer verdreh- und axial verschiebbaren Antriebswelle (5 ), die mit jeweils einem Adapter (6 ,10 ) verbindbar ist. - Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Adapter (
6 ) Teil einer Wippe (4 ) ist, die durch eine Antriebseinheit (2 ) verschwenk- und verschiebbar ist. - Meßvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Gestell (
1 ), an dem die Wippe (4 ) und die Antriebseinheiten (2 ,3 ) abgestützt sind. - Antriebseinheit (
2 ,3 ) zur Verwendung in Meßvorrichtungen mit einer verdreh- und axial verschiebbaren Antriebswelle (5 ), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – die Antriebswelle (5 ) ist zumindest in einem ersten Abschnitt (16 ) spindelartig ausgebildet, wobei dieser Abschnitt (16 ) in einer Spindelmutter (18 ) gelagert ist, – die Antriebswelle (5 ) ist in zumindest einem zweiten Abschnitt (16 ) mit einem axial am Umfang angeordneten Keilprofil versehen, wobei dieser Abschnitt (16 ) in einer Schubmutter (19 ) gelagert ist, – die Spindelmutter (18 ) und die Schubmutter (19 ) sind in einem Gehäuse (20 ) drehbar, jedoch axial starr gelagert und separat antreibbar, – der Antrieb der Spindelmutter (18 ) und der Schubmutter (19 ) erfolgt von nur einem Motor (24 ) aus, der grundsätzlich mit der Spindelmutter (18 ) und über eine Kupplung (27 ) steuerbar mit der Schubmutter (19 ) verbunden ist, – die Schubmutter (19 ) ist über eine steuerbare Bremse (28 ) am Gehäuse (20 ) arretierbar. - Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Spindelmutter (
18 ) und der Schubmutter (19 ) über Meßvorrichtungen erfaßt wird, wobei eine Steuervorrichtung den Motor (24 ), die Kupplung (27 ) und die Bremse (28 ) in Abhängigkeit von Vorgabewerten und von Meßsignalen der Meßvorrichtungen steuert.
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