DE19809655B4

DE19809655B4 - Meßvorrichtung für Automobil-Bauteile und zugehörige Antriebseinheit

Info

Publication number: DE19809655B4
Application number: DE19809655A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Post (FH); Roland Dipl.-Ing. Hennig; Robert Dipl.-Ing. Bender; Patrick GLÖCKNER
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: DE19809655A1

Abstract

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...

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 nach 1;
3: eine Antriebseinheit der Meßvorrichtung nach 1 mit Meßmitteln, einem Kreuzgelenk sowie einem Adapter.
Die in 1 gezeigte Meßvorrichtung weist ein Gestell 1 auf, an dem eine erste Antriebseinheit 2, eine zweite Antriebseinheit 3, eine Wippe 4 sowie eine Antriebswelle 5 der zweiten Antriebseinheit 3 abgestützt sind. Die Wippe 4 und die Antriebswelle 5 sind derart gelagert, daß sie drehbar und axial verschiebbar, jedoch radial starr sind. Die Wippe 4 bildet eine Baueinheit mit einem ersten Adapter 6, an dem ein zu prüfendes Bauteil 7 (im Ausführungsbeispiel eine Gelenkanordnung) zu befestigen ist. Insbesondere wird ein erster Abschnitt 8 des Bauteils 7 mit dem Adapter 6 fest verbunden.
Ein zweiter Abschnitt 9 des Bauteils 7 wird mit einem zweiten Adapter 10 fest verbunden, wobei sich dieser am Ende der Antriebswelle 5 der zweiten Antriebseinheit 3 befindet. Die Antriebswelle 5 ist an ihrem Ende, im Bereich der Verbindung mit dem Adapter 10, mit einem ver-/entriegelbaren Kreuzgelenk 11 versehen.
Bei dieser Anordnung sind die in 2 dargestellten Bauteilbelastungen realisierbar. Ein Abschnitt 8 einer Gelenkanordnung ist im Adapter 6 eingespannt und gemeinsam mit der Wippe 4 in Richtung der Achse 12 verschiebbar. Die Achse 12 ist gleichzeitig die Drehachse der Wippe 4, so daß der Adapter 6 mit dem Bauteilabschnitt 8 auch um die Achse 12 verschwenkbar ist. Das Bauteil 7 ist derart eingespannt, daß die Achse 12 den Drehpunkt eines Gelenk-Kugelkopfes schneidet.
Die Belastung des zweiten Abschnitts 9 des Bauteils 7 (Gelenkanordnung) erfolgt von oben durch axialen Zug/Druck bzw. durch Verdrehung um eine Achse 13. Diese Achse 13 steht senkrecht auf der Achse 12. Die Belastung erfolgt vornehmlich bei verriegeltem Kreuzgelenk 11.
Details der Antriebseinheit 3, die gleichartig der Antriebseinheit 2 aufgebaut ist, sowie der mit der Antriebswelle 5 in Verbindung stehenden Bauelemente der Meßeinrichtung sind aus 3 ersichtlich.
Am unteren Ende der Antriebswelle 5 ist der zweite Adapter 10 zur Aufnahme des zweiten Bauteilabschnitts 9 angeordnet. Darüber ist das Kreuzgelenk 11 in die Antriebswelle 5 integriert. Das Verriegeln/Entriegeln erfolgt durch eine kugelgelagerte Schiebehülse 14, die in 3 geschnitten in zwei Positionen dargestellt ist. Durch Heraufziehen der Schiebehülse 14 wird das Kreuzgelenk 11 frei, bei heruntergeschobener Hülse 14 ist es verriegelt.
Die Hülse 14 ist an ihrem Außenumfang ebenfalls kugelgelagert und am Gestell 1 der Meßvorrichtung abgestützt. Damit ist eine Radialbewegung der Antriebswelle 5 ausgeschlossen.
Oberhalb des Kreuzgelenks 11 sind Mittel zum Erfassen der von der Antriebswelle übertragenen Kräfte und Drehmomente vorgesehen. Eine Meßwelle 15 verbindet einen oberen Abschnitt 16 mit einem unteren Abschnitt 17 der Antriebswelle 5 miteinander. Die Meßsignale werden in an sich bekannter Weise an eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung übermittelt.
Der obere Abschnitt 16 der Antriebswelle 5 wird von der Antriebseinheit 3 aus angetrieben, wozu dieser Abschnitt 16 dort innerhalb zweier Muttern gelagert ist. Es handelt sich dabei um eine Spindelmutter 18 und um eine Schubmutter 19. Diese Muttern 18, 19 sind an ihrem Außenumfang in einem Motorgehäuse 20 radial und axial starr jedoch verdrehbar gelagert. Verdrehungen sind möglich um die Achsen der Muttern 18, 19, die koaxial zur Achse 13 der Antriebswelle 5 angeordnet sind. Zum Antrieb sind beide Muttern 18, 19 mit jeweils einem separaten Zahnriemengetriebe 21, 22 versehen, die von einer Motorwelle 23 eines Motors 24 aus antreibbar sind. Die Motorwelle 23 kann vom Motor 24 in Drehung versetzt werden, wobei sich eine Zahnscheibe 25 des Zahnriemengetriebes 21 aufgrund starrer Verbindung immer mitdreht. Eine Zahnscheibe 26 des Zahnriemengetriebes 22 ist auf der Motorwelle 23 kugelgelagert und nur über eine Kupplung 27 mit der Motorwelle 23 verbindbar. Zusätzlich ist eine steuerbare Bremse 28 vorgesehen, die die Zahnscheibe 26 am Motorgehäuse 20 blockiert.
Der obere Abschnitt 16 der Antriebswelle 5 ist am Umfang sowohl mit spindelförmigen Ausnehmungen 29 als auch mit axial ausgerichteten Führungen 30 versehen. In der Spindelmutter 18 sind zu den Ausnehmungen 18 korrespondierende Führungen (Spindelgewinde) vorgesehen und die Schubmutter 19 ist mit Führungsnuten versehen, die korrespondierend zu den Führungen 30 der Antriebswelle ausgeführt sind. Damit ist die Antriebswelle 5 in der Spindelmutter 18 schraubenartig verdrehbar, in der Schubmutter 19 jedoch ausschließlich axial verschiebbar. Folgende Funktionsweisen der Antriebseinheit 3 sind möglich:

1. Die Spindelmutter 18 wird vom Motor 24 in Drehung versetzt und die Schubmutter 19 ist über das Zahnriemengetriebe 22 und die Bremse 28 blockiert. In der Folge bewegt sich die Antriebswelle 5 vertikal auf oder ab ohne sich dabei zu verdrehen.
2. Die Zahnscheibe 26 wird über die Kupplung 27 mit der Motorwelle 23 verbunden und die Bremse 28 ist gelöst. Es werden beide Muttern 18, 19 mit identischer Drehzahl verdreht. In der Folge dreht sich auch die Antriebswelle 5 (angetrieben von der Schubmutter 19), wobei keine axiale Verschiebung der Welle 5 erfolgt, da sich die Spindelmutter 18 mitdreht.
3. Die Kupplung 27 und die Bremse 28 sind geschlossen. Dies ist eine Sicherheitsstellung, die ein selbsttätiges Herabdrehen der Antriebswelle 5 verhindert.

Die Positionen beider Muttern 18, 19 werden durch feinfühlige Inkrementalgeber überwacht, so daß eine exakte Positions- und Bewegungsbestimmung der Antriebswelle 5 möglich ist. In anderer Ausführung der Erfindung wird die Drehposition des Motors 24 (seiner Motorwelle 23) durch Inkrementalgeber überwacht und des weiteren die Stellung der Kupplung 27 sowie der Bremse 28 analysiert, wodurch ebenfalls auf die Stellung der Muttern 18, 19 und damit der Antriebswelle 5 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 Bremse 28 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 Motor 24 vonnöten ist. Es ist damit keine aufwendige Synchronisation mehrerer Motoren durchzuführen und die Prüfabläufe sind sehr exakt reproduzierbar.

Claims

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.