DE202020106253U1

DE202020106253U1 - Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens von dynamisch angeregten Prüfkörpern

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Publication number: DE202020106253U1
Application number: DE202020106253.0U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2030-11-03

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Prüfkörpers aufweisend einen Lastrahmen (1) mit einer Lastverteilungsvorrichtung (2), einer Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) für einen Prüfkörper (4), mindestens einer Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) und mindestens einer Messvorrichtung (6), wobei
die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) an einer Lasteingangsseite (E) einen ersten Aufnehmer (3a) und an einer der Lasteingangsseite (E) gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite (A) einen zweiten Aufnehmer (3b) aufweist, zwischen denen der Prüfkörper (4) starr befestigbar ist, wobei
der erste Aufnehmer (3a) mit mindestens einem ersten Lagerelement (7) an der Lastverteilungsvorrichtung (2) des Lastrahmens (1) befestigt ist,
der zweite Aufnehmer (3b) mit mindestens einem zweiten Lagerelement (8) am Lastrahmen (1) befestigt ist,
das mindestens eine erste Lagerelement (7) und das mindestens eine zweite Lagerelement (8) ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) mit dem Prüfkörper (4) im Lastrahmen (1) entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung in einer Frei-Frei-Lagerung zu lagern, und
die Lastverteilungseinrichtung (2) und die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) ausgebildet sind, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungseinrichtung wirkt, in den Prüfkörper (4) entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement (7) und dem mindestens einen zweiten Lagerelement (8) von der Lasteingangsseite (E) durch den Prüfkörper (4) in Richtung der Lastausgangsseite (A) verläuft, einzubringen,
die mindestens eine Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, den Prüfkörper (4) jeweils am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mit einer Erregerkraft dynamisch anzuregen, und
die mindestens eine Messvorrichtung (6) ausgebildet ist, wenn die Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) den Prüfkörper (4) am ersten Aufnehmer (3a) anregt, die Erregerkraft am ersten Aufnehmer (3a) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen, und wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper (4) am zweiten Aufnehmer (3b) anregt, die Erregerkraft am zweiten Aufnehmer (3b) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens von dynamisch angeregten Prüfkörpern, insbesondere elastischen Bauteilen, wie Aggregatelagern und Fahrwerkslagern.
Mechanische Schwingungen können in komplexen Systemen, wie etwa in Fahrzeugen, Maschinenanlagen oder Gebäuden, die aus verschiedenen Komponenten oder Materialien bestehen, auf unterschiedlichen Übertragungspfaden übertragen werden. Die resultierenden Schall- und Schwingungsphänomene können je nach Intensität und Frequenzbereich vom Menschen akustisch, taktil oder auch visuell wahrgenommen und als angenehmen oder unangenehm empfunden werden. In Kraftfahrzeugen treten beispielsweise bei elektromotorischen Antrieben im Vergleich zu Verbrennungsmotoren wesentlich höhere Frequenzanteile auf, die oft einen sehr tonalen Charakter haben und deshalb selbst bei geringen Schalldruckpegeln vom Menschen sehr gut wahrnehmbar sind. Ein wichtiges Übertragungsglied in der Kette von Schwingungsanregungen durch den Elektroantrieb bis hin zur Schallwahrnehmung am Fahrerohr ist dabei das Aggregatelager.
Für das Verständnis und die Optimierung der auftretenden Geräusch- und bzw. oder Schwingungsphänomene stellt sich daher die Aufgabe, das dynamische Übertragungsverhalten der Übertragungsglieder zu bestimmen. Dabei wird zur Beschreibung des Übertragungsverhaltens in Analogie zu elektrischen Netzwerken häufig auf ein mechanisches Multipol-Modell zurückgegriffen, mit dem die Übertragungseigenschaften in Abhängigkeit von einer Erregerkraft und bzw. oder einem Erregermoment und einem Schwingweg, einer Schwinggeschwindigkeit oder einer Schwingbeschleunigung an der Lasteingangsseite und der Lastausgangsseite des zu untersuchenden Übertragungsglieds beschrieben werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind bisher Motorlagerprüfstände bekannt, mit denen die dynamischen Transfereigenschaften von Aggregatelagern unter einer statischen Vorlast im Frequenzbereich des Motorstuckerns von Verbrennungsmotoren gemessen werden können. Die Messungen werden unter einer Blockierkraftrandbedingung, d. h. bei fester Einspannung des Prüfkörpers auf der Lastausgangsseite, durchgeführt. Bei höheren Anregungsfrequenzen treten in den Prüfständen allerdings vermehrt Eigenschwingungen auf, die verlässliche Messungen erschweren. Bei Anregungsfrequenzen über 2 kHz kann der Einfluss der Eigenschwingungen auf das Messergebnis selbst durch eine konstruktive Versteifung der Prüfstände oder durch zusätzliche Entkopplungsmechanismen nicht mehr verhindert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der dynamische Übertragungseigenschaften von dynamisch angeregten Prüfkörpern, insbesondere die Eingangs-, Ausgangs- und bzw. oder Transfersteifigkeit, unter einer statischen Vorlast zuverlässig, besonders auch bei hochfrequenten Anregungen über 2 kHz, bestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Prüfkörpers weist einen Lastrahmen mit einer Lastverteilungsvorrichtung, eine Aufnahmevorrichtung für einen Prüfkörper, mindestens eine Erregervorrichtung und mindestens eine Messvorrichtung auf.
Die Aufnahmevorrichtung für den Prüfkörper weist an einer Lasteingangsseite einen ersten Aufnehmer und an einer der Lasteingangsseite gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite einen zweiten Aufnehmer auf, zwischen denen der Prüfkörper starr befestigbar bzw. befestigt ist. Der erste Aufnehmer ist mit mindestens einem ersten Lagerelement an der Lastverteilungsvorrichtung des Lastrahmens befestigt. Der zweite Aufnehmer ist mit mindestens einem zweiten Lagerelement am Lastrahmen befestigt. Dabei sind das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement, ausgebildet, die Aufnahmevorrichtung mit dem Prüfkörper im Lastrahmen in einer Frei-Frei-Lagerung entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung zu lagern.
Die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung sind ausgebildet, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungsvorrichtung in Richtung des Prüfkörpers wirkt, in den Prüfkörper entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement und dem mindestens einen zweiten Lagerelement von der Lasteingangsseite durch den Prüfkörper in Richtung der Lastausgangsseite verläuft, einzubringen.
Die mindestens eine Erregervorrichtung ist ausgebildet, den Prüfkörper jeweils am ersten Aufnehmer, d. h. lasteingangsseitig, oder am zweiten Aufnehmer, d. h. lastausgangsseitig, entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mit einer Erregerkraft F dynamisch anzuregen.
Die mindestens eine Messvorrichtung ist ausgebildet, wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper am ersten Aufnehmer anregt, die Erregerkraft F am ersten Aufnehmer und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer zu messen, und wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper am zweiten Aufnehmer anregt, die Erregerkraft am zweiten Aufnehmer und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmers und am zweiten Aufnehmers zu messen. Aus den Messdaten können die dynamischen Übertragungseigenschaften über ein mechanisches Multipol-Modell ermittelt werden.
Unter einer Frei-Frei-Lagerung soll in dieser Schrift verstanden werden, dass das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelemente mit einer Steifigkeit ausgebildet sind, die im Frequenzbereich der dynamischen Anregung des Prüfkörpers, d. h. bei Anregung mit mindestens einer Erregerfrequenz f oder einem Rauschsignal, so gering ist, dass lediglich die über die Lastverteilungsvorrichtung aufgebrachte statische Vorlast vom mindestens einen ersten Lagerelement, vom mindestens einen zweiten Lagerelement und vom jeweiligen Prüfkörper aufgenommen wird, die Erregerkraft F jedoch, wenn der Prüfkörper am ersten Aufnehmer angeregt wird, am zweiten Aufnehmer minimal ist, d. h. gegen Null geht, und wenn der Prüfkörper am zweiten Aufnehmer angeregt wird, am ersten Aufnehmer minimal ist. Die Frei-Frei-Lagerung entspricht demnach einer Abschlussrandbedingung einer im Wesentlichen freien Schnelle (Frei-Frei-Abschlussrandbedingung).
Eine Frei-Frei-Lagerung ist insbesondere dann gegeben, wenn das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement derart ausgebildet sind, dass die dynamische Admittanz des mindestens einen ersten Lagerelementes und des mindestens einen zweiten Lagerelementes entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mindestens um das 10-fache, bevorzugt um das 100-fache, größer ist als die dynamische Admittanz des Prüfkörpers entlang der mindestens einen Anregungsrichtung. Die dynamische Admittanz Y, auch Mobilität genannt, ist bei einer translatorischen Anregung als das Verhältnis der Schwinggeschwindigkeit v zur Erregerkraft F und bei einer rotatorischen Anregung als Verhältnis von Winkelgeschwindigkeit zu Erregermoment definiert. Ab einem Admittanzverhältnis der Lagerung des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Lagerelementes zum gelagerten Prüfkörper von mindestens 10 wird eine freie Schnelle zu 90 % oder mehr erreicht. Dies entspricht einem Fehler von 10 % (1 dB) oder weniger. Bei einem Admittanzverhältnis von mindestens 100 wird eine freie Schnelle zu mindestens 99 % erreicht und der Fehler beträgt 1 % oder weniger.
Das dynamische Übertragungsverhalten kann somit über ein mechanisches Multipol-Modell unter Verwendung der dynamischen Nachgiebigkeiten, d. h. der reziproken dynamischen Steifigkeiten, bei jeweils einer lasteingangsseitigen und einer lastausgangsseitigen Frei-Frei-Abschlussrandbedingung bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass keine Blockierkraftrandbedingungen mit einem Schwingweg nahe oder gleich Null (x = 0) vorliegen müssen, die für hohe Erregerfrequenzen f nicht mehr realisierbar sind. Die Vorrichtung kann daher besonders vorteilhaft für die Bestimmung von dynamischen Übertragungseigenschaften bei Anregungen bzw. Erregerfrequenzen f über 2 kHz, insbesondere über 3 kHz oder sogar 5 kHz, eingesetzt werden. Durch die Frei-Frei-Lagerung kann die Aufnahmevorrichtung im Frequenzbereich der Anregung außerdem dynamisch vom Lastrahmen oder der Umgebung entkoppelt werden, sodass Störeinflüsse durch Eigenschwingungen des Lastrahmens oder Schwingungsanregungen aus der Umgebung vermindert werden können. Anwendungsbereiche für die Vorrichtung sind beispielsweise die Bestimmung der dynamischen Übertragungseigenschaften von Fahrwerkslagern oder Aggregatelagern, wie z. B. Motorlagern, Getriebelagern oder Drehmomentstützen.
Für die Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens können die jeweils in den Prüfkörper eingebrachte Erregerkraft F sowie der Schwingweg x und bzw. oder die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a derart gemessen werden, dass die mindestens eine Erregervorrichtung für eine erste Messung zuerst am ersten Aufnehmer befestigt ist, und den Prüfkörper am ersten Aufnehmer anregt, und anschließend für eine zweite Messung am zweiten Aufnehmer befestigt ist und den Prüfkörper am zweiten Aufnehmer anregt, oder umgekehrt. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann daher als eine lösbar jeweils am ersten und zweiten Aufnehmer befestigbare Erregervorrichtung ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine Erregervorrichtung sowohl am ersten Aufnehmer als auch am zweiten Aufnehmer befestigt ist und ausgebildet ist, den Prüfkörper, unabhängig voneinander, jeweils am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer anzuregen Die Messungen können somit ohne Lösen und Umpositionieren der mindestens einen Erregervorrichtung durchgeführt werden.
Die Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, den Prüfkörper translatorisch und bzw. oder rotatorisch anzuregen. Die Anregung kann also mit ein bis sechs Freiheitsgraden erfolgen. Der Freiheitsgrad des mindestens einen ersten Lagerelementes und des mindestens einen zweiten Lagerelementes kann der Anregung entsprechen, wobei die Bewegungsrichtung/-richtungen der Lagerelemente in Richtung der mindestens einen Anregungsrichtung/-richtungen bzw. parallel dazu orientiert ist bzw. sind. Bevorzugt erfolgt die Anregung mit einem einzigen translatorischen oder rotatorischen Freiheitsgrad, d. h. die Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, den Prüfkörper entlang einer Anregungsrichtung translatorisch (unidirektional) anzuregen, oder entlang zweier Anregungsrichtung derart anzuregen, dass der Prüfkörper rotatorisch angeregt ist. Das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Lagerelemente können entsprechend den Freiheitsgraden der Anregung als Linearlager und bzw. oder Drehlager ausgebildet sein. Bei einer translatorischen Anregung können das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement bevorzugt als Federelement oder als Linear-Wälzlager ausgebildet sein.
Kommen Federelemente als das mindestens eine erste und bzw. oder das mindestens eine zweite Lagerelemente zum Einsatz, so kann bzw. können das mindestens eine erste Lagerelement und bzw. oder das mindestens eine zweite Lagerelement als Druckfeder, beispielsweise Elastomerfeder, bevorzugt Luftlager oder Stahlfeder, d. h. Schraubenfeder aus Stahl, ausgebildet sein. Stahlfedern haben den Vorteil, dass ihr Steifigkeitsverhalten annähernd linear ist und somit im Wesentlichen unabhängig von der statischen Vorlast ist. Bei einer unidirektionalen Anregung kann die Vorrichtung bevorzugt mindestens drei Federelemente, insbesondere zylindrische Stahlfedern, als erste und bzw. oder zweite Lagerelemente aufweisen, die in der Vorrichtung jeweils parallel (koaxial), bevorzugt äquidistant, zu einer Achse entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast, d. h. zu einer Achse entlang des Lastpfades, angeordnet sind und bevorzugt äquidistant zu dieser Achse und bzw. oder äquidistant zum jeweils benachbarten Federelement angeordnet sind.
Für die Anregung des Prüfkörpers kann die Erregervorrichtung mindestens einen Impulshammer und bzw. oder mindestens einen Shaker oder Aktuator aufweisen. Der mindestens eine Impulshammer kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mittels eines einzelnen mechanischen Impulses in den Prüfkörper einzubringen, d. h. den Prüfkörper mittels eines einzelnen mechanischen Impulses anzuregen. Der mindestens eine Shaker oder Aktuator kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer, bevorzugt konstanten, Erregerfrequenz f in den Prüfkörper einzubringen, d. h. den Prüfkörper mit einer definierten Erregerfrequenz f periodisch anzuregen. Ferner kann es auch vorgesehen sein, den Prüfkörper mit einem Rauschsignal anzuregen. Dabei können insbesondere Anregungen mit verschiedenen Erregerfrequenzen f und Amplituden überlagert werden.
Der Prüfkörper wird typischerweise entlang einer horizontalen oder vertikalen Achse durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers und bzw. oder des zweiten Aufnehmers, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers angeordnet sein kann, angeregt, d. h. die mindestens eine Anregungsrichtung kann entlang einer horizontalen oder vertikalen Achse (bezogen auf das Weltkoordinatensystem) durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers und bzw. oder des zweiten Aufnehmers verlaufen.
Der mindestens eine Shaker oder Aktuator kann insbesondere ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer Erregerfrequenz f oder mit einem Rauschsignal aus einem Frequenzbereich zwischen f > 2 kHz und f ≤ 10 kHz, bevorzugt zwischen f > 3 kHz und f ≤ 10 kHz, besonders bevorzugt zwischen f ≥ 5 kHz und f ≤ 10 kHz in den Prüfkörper einzubringen. Die maximale Stärke der Erregerkraft F ist abhängig von der Entkopplungswirkung bzw. Dämpfung des jeweiligen Prüfkörpers und kann sich auch nach der Messempfindlichkeit der Sensoren für die Schwingungsgrößen richten. Sie kann zwischen 0,1 mN und 10 N pro Shaker bzw. Aktuator betragen.
Vorzugsweise kann der mindestens eine Aktuator als elektrodynamischer Aktuator oder als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann der Aktuator als Piezo-Stapelaktuator ausgebildet sein. Piezo-Stapelaktuatoren haben den Vorteil, dass sie eine hohe Erregerkraft F bei einem vergleichsweise geringen Anregungsweg in den Prüfkörper einbringen können und sehr platzsparend ausgebildet werden können.
Für das Aufbringen der statischen Vorlast kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Vorlastsystem aufweist, das ausgebildet ist, die statische Vorlast mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mittels Schwerkraft einer Masse auf die Lastverteilungsvorrichtung aufzubringen. Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung eine Lastverteilungsvorrichtung aufweisen, die als eine entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast verfahrbare Traverse ausgebildet ist, sowie ein hydraulisches Vorlastsystem, das ausgebildet ist, die statische Vorlast auf die Lastverteilungsvorrichtung aufzubringen.
Der Lastrahmen kann einseitig offen ausgebildet sein und bzw. oder ein festes Fundament umfassen. Bevorzugt kann der Lastrahmen als geschlossener Lastrahmen ausgebildet sein. Werden mehrere parallel zueinander angeordnete erste und bzw. oder zweite Lagerelemente verwendet, so können die Lastverteilungsvorrichtung und bzw. oder der Lastrahmen ausgebildet sein, die statische Vorlast zu gleichen Anteilen, d. h. als gleichförmige Flächenlast, in die Lagerelemente einzubringen.
Die Aufnahmevorrichtung bzw. der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer sowie das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement können in der Vorrichtung bevorzugt derart angeordnet sein, dass ihre Massenschwerpunkte im Ruhezustand, das heißt ohne dynamische Anreugung, auf oder symmetrisch zu einer horizontalen oder vertikalen Achse (bezogen auf das Weltkoordinatensystem) angeordnet sind, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers angeordnet sein kann.
Der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer können aus mehreren Komponenten oder jeweils einteilig aus einem einzigen Stück, d. h. aus einer zusammenhängenden, bevorzugt homogenen, Masse ausgebildet sein. Besonders bevorzugt können der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer jeweils als starre Körper ausgebildet sein und bzw. oder eine definierte dynamische Admittanz im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f aufweisen. Sind die dynamischen Admittanzen des ersten und des zweiten Aufnehmers bekannt, so kann der Einfluss der Aufnehmer sowohl bei der Auslegung der Vorrichtung für bestimmte Prüfkörper und statische Vorlasten als auch bei der Korrektur der Messungen hinsichtlich etwaiger Eigenfrequenzen der Aufnehmer, beispielsweise mit Hilfe einer dynamischen Substrukturierung, gezielt berücksichtigt werden.
Vorteilhaft weisen der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f maximal zwei Eigenfrequenzen, bevorzugt eine Eigenfrequenz und besonders bevorzugt keine Eigenfrequenzen auf. Die dynamischen Admittanzen und etwaigen Eigenfrequenzen des ersten Aufnehmers und des zweiten Aufnehmers können im Frequenzbereich der Anregung bzw. der Erregerfrequenz f experimentell oder numerisch unter Verwendung eines Finite-Elemente-Modells bestimmt werden.
Die Aufnahmevorrichtung bzw. der erste Aufnehmer und der zweite Aufnehmer können bevorzugt ausgebildet sein, einen spiegelsymmetrischen Prüfkörper mit mindestens einer Symmetrieebene oder einen rotationssymmetrischen Prüfkörper mit einer Symmetrieachse derart aufzunehmen, dass die statische Vorlast und bzw. oder Erregerkraft F der Erregervorrichtung entlang einer Achse in den Prüfkörper eingebracht wird, die in der mindestens einen Symmetrieebene des Prüfkörpers oder entlang der Symmetrieachse des Prüfkörpers verläuft.
Der erste Aufnehmer und bzw. oder der zweite Aufnehmer sind bevorzugt spiegelsymmetrisch mit mindestens einer Symmetrieebene oder rotationssymmetrisch mit einer Symmetrieachse, beispielsweise zylinderförmig, ausgebildet, und derart angeordnet, dass die statische Vorlast und bzw. oder die Erregerkraft F entlang einer Achse, die in der mindestens einen Symmetrieebene des jeweiligen Aufnehmers oder entlang der Symmetrieachse des jeweiligen Aufnehmers verläuft, in den Prüfkörper einbracht werden kann bzw. können. Das Übertragungsverhalten des Prüfkörpers kann dadurch wesentlich effizienter unter Ausnutzung der jeweiligen Symmetrie bestimmt werden.
Die mindestens eine Messvorrichtung kann für die Messung der Erregerkraft F bevorzugt einen dynamischen Kraftsensor, insbesondere einen ICP-Kraftsensor (integrated circuit piezoelectric) bzw. lEPE-Kraftsensor (integrated electronics piezoelectric) oder einen ladungsbasierten Kraftsensor aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kraftsensor in den mindestens einen Impulshammer, Shaker oder Aktuator der Erregervorrichtung integriert ist.
Für die Messung der Schwinggrößen kann die Messvorrichtung bevorzugt Sensoren aufweisen, die ausgebildet sind, den Schwingweg x, die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen Raumrichtungen, d. h. triaxial, zu messen. Für die Messung der Schwingbeschleunigung a kann die mindestens eine Messvorrichtung jeweils mindestens einen dynamischen Beschleunigungssensor am ersten Aufnehmer und am zweiten Aufnehmer aufweisen, insbesondere einen ICP-Beschleunigungssensor (integrated circuit piezoelectric) oder einen IEPE-Beschleunigungssensor (integrated electronics piezoelectric). Besonders bevorzugt kann die Messvorrichtung einen Impedanzmesskopf für die Messung der Erregerkraft F und der Schwingbeschleunigung a, beispielsweise eine Kombination aus ICP-Kraftsensor und ICP-Vibrationssensor, aufweisen. Dieser hat den Vorteil, dass beide Größen an derselben Position am jeweiligen Aufnehmer gemessen werden können und die Messvorrichtung platzsparen ausgebildet werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung mindestens eine Gruppe von mindestens drei Sensoren aufweist, die jeweils ausgebildet sein können, einen Schwingweg x, eine Schwinggeschindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtungen zu messen. Die mindestens drei Sensoren können jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtung in einem definierten Abstand, bevorzugt äquidistant, zu einer Messstelle am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer angeordnet sein. Die mindestens drei Sensoren können dabei an einer Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers befestigt oder in die Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers integriert bzw. eingebettet sein.
Alternativ können die mindestens drei Sensoren in einer Rotationsmessvorrichtung angeordnet sein, wobei die Rotationsmessvorrichtung mit den mindestens drei Sensoren und einem Fixierkörper gebildet ist, der am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer an einer Messstelle, bevorzugt lösbar, befestigt ist, und die mindestens drei Sensoren an oder in dem Fixierkörper derart angeordnet sind, dass die mindestens drei Sensoren jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtung in einem definierten Abstand, bevorzugt äquidistant, zu der Messstelle am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer angeordnet sind. Die mindestens drei Sensoren können auf der Oberfläche des Fixierkörpers angeordnet sein, in die Oberfläche des Fixierkörpers eingebettet sein und bzw. oder im Inneren des Fixierkörpers angeordnet sein. Aus den richtungsabhängig gemessenen Schwinggrößen der Sensoren sowie den Positionen bzw. Abständen der Sensoren in Bezug auf die jeweilige Messstelle können somit über eine Transformation die translatorischen und bzw. oder rotatorischen Schwingbewegungen an der jeweiligen Messstelle, die auch als virtueller Punkt bezeichnet werden kann, bestimmt werden. An der Messstelle können also jeweils bis zu sechs Freiheitsgrade bestimmt werden.
Die Rotationsmessvorrichtung bzw. der Fixierkörper können an einer Oberfläche des ersten oder zweiten Aufnehmers, an der die jeweilige Messstelle angeordnet sein kann, in direktem, d. h. unmittelbar berührendem, Kontakt zu der jeweiligen Messstelle, bevorzugt lösbar, befestigt sein, sodass die Sensoren starr mit der jeweiligen Messstelle verbunden sind. Die Rotationsmessvorrichtung bzw. der Fixierkörper kann hierfür bevorzugt eine Ankoppelfläche mit einem Kontaktpunkt zur Messstelle aufweisen. Die Ankoppelfläche kann kongruent geformt zu der Oberfläche des jeweils ersten oder zweiten Aufnehmers ausgebildet sein kann, an der die Messstelle angeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Aufnehmer oder der zweite Aufnehmer an der Oberfläche, an der die jeweilige Messstelle angeordnet ist, Vertiefungen oder Erhöhungen aufweist, die kongruent geformt zu Sensoren der Gruppe und bzw. oder kongruent geformt zu der Ankoppelfläche der Rotationsmessvorrichtung bzw. des Fixierkörpers ausgebildet sein können. Der Fixierkörper kann bevorzugt als starrer Körper ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt können die mindestens drei Sensoren einer Gruppe auf der Oberfläche eines kreuzförmigen Fixierkörpers angeordnet sein. Die mindestens drei Sensoren können an den Stirn- und bzw. oder Seitenflächen der Schenkel eines, bevorzugt gleichschenkligen, Kreuzes und bzw. oder der Stirnfläche des Kreuzes angeordnet sein. Die Ankoppelfläche kann bevorzugt am Kreuzungspunkt der Schenkel an der Stirnfläche des Kreuzes ausgebildet sein.
Die Messvorrichtung kann insbesondere mindestens zwei Rotationsmessvorrichtungen aufweisen. Eine erste Rotationsmessvorrichtung, die eine erste Gruppe von mindestens drei Sensoren und einen Fixierkörper aufweist, kann an einer ersten Messstelle am ersten Aufnehmer angeordnet sein und eine zweite Rotationsmessvorrichtung, die eine zweite Gruppe von mindestens drei Sensoren und einen Fixierkörper aufweist, kann an einer zweiten Messstelle am zweiten Aufnehmer 3b angeordnet sein. Bei translatorischen Anregungen können die mindestens eine Messvorrichtung bzw. Rotationsmessvorrichtungen und die jeweiligen Messstellen am ersten und am zweiten Aufnehmer typischerweise auf einer Achse parallel zur Anregungsrichtung angeordnet sein, insbesondere auf einer horizontalen oder vertikalen Achse (bezogen auf das Weltkoordinatensystem) durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers und bzw. oder des zweiten Aufnehmers, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers angeordnet sein kann. Bei Messungen mit Rotationsmessvorrichtungen kann die dynamische Anregung bevorzugt mit einem Impulshammer erfolgen, mit dem der jeweilige erste oder zweite Aufnehmer in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Rotationsmessvorrichtung angeregt werden kann.
In einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens zwei Erregervorrichtungen und mindestens zwei Messvorrichtungen aufweist, wobei die mindestens zwei Erregervorrichtungen ausgebildet sind, eine Erregerkraft F entlang jeweils verschiedener, bevorzugt zueinander orthogonaler, Anregungsrichtungen unabhängig voneinander in den Prüfkörper einzubringen, und die mindestens zwei Messvorrichtungen ausgebildet sind, die Erregerkräfte F und die Schwingwege x, die Schwinggeschwindigkeiten v und bzw. oder die Schwingbeschleunigungen a der jeweiligen Anregung unabhängig voneinander zu messen.
Mit der Vorrichtung kann das dynamische Übertragungsverhalten für eine dynamische Anregung mit einer beliebigen Orientierung in Bezug auf die Vorlast bestimmt werden, insbesondere aber für eine unidirektionale dynamische Anregung parallel (koaxial) zur statischen Vorlast bzw. deren Wirkrichtung, oder in Transversalrichtung, d. h. senkrecht zur statischen Vorlast bzw. deren Wirkrichtung.
Für die Bestimmung von dynamischen Übertragungseigenschaften bei einer dynamischen Anregung parallel zur statischen Vorlast kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement der Vorrichtung können als Federelemente ausgebildet sein, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, angeordnet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen, wobei zusätzliche Schwingungsentkopplungselemente, wie beispielsweise Federelemente, zwischen dem ersten Aufnehmer und dem Lastrahmen sowie zwischen dem zweiten Aufnehmer und dem Lastrahmen vorgesehen sein können, die ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung mit dem Prüfkörper gegen die Schwerkraft zu stützen und in Schwerkraftrichtung vom Lastrahmen bei Anregung dynamisch zu entkoppeln. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement der Vorrichtung können als Federelemente ausgebildet sein, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast ausgerichtet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, oder senkrecht zur statischen Vorlast, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen. Mit einer solchen Anordnung können dynamische Übertragungseigenschaften parallel und senkrecht zur statischen Vorlast bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Lastrahmen, die Lastverteilungsvorrichtung und die Aufnahmevorrichtung ausgebildet sind, die statische Vorlast entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper einzubringen. Das mindestens eine erste Lagerelement und das mindestens eine zweite Lagerelement können als Linearlager, insbesondere Linearwälzlager, ausgebildet sein, die mit ihrer jeweiligen Führungsrichtung senkrecht zur statischen Vorlast, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, angeordnet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur Führungsrichtung des Linearlagers, d. h. senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper einzubringen. Mit dieser Anordnung können dynamische Übertragungseigenschaften senkrecht zur statischen Vorlast bestimmt werden.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 6 erläutert.
Es zeigen:

1: in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer vertikalen Ausrichtung,
2: in einer schematischen seitlichen Ansicht ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer vertikalen Ausrichtung,
3: in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers in einer horizontalen Ausrichtung,
4: in einer schematischen seitlichen Ansicht eines weiteren Beispiels einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers,
5: in einer schematischen Ansicht ein Beispiel einer Rotationsmessvorrichtung für eine Messung mit bis zu sechs Freiheitsgraden, und
6: in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers mit mindestens einer Rotationsmessvorrichtung.

In 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers 4 in einer vertikalen Ausrichtung dargestellt. Der Prüfkörper 4 kann typischerweise ein elastisch verformbarer Körper sein, beispielsweise ein Schwingungsisolator oder Schwingungsdämpfer.
Die Vorrichtung weist einen Lastrahmen 1 mit einer Lastverteilungsvorrichtung 2, eine Aufnahmevorrichtung 3 für einen Prüfkörper 4, mindestens eine Erregervorrichtung 5 und mindestens eine Messvorrichtung 6 auf. Die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b ist an einer Lasteingangsseite E mit einem ersten Aufnehmer 3a und an einer der Lasteingangsseite E am Prüfkörper 4 gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite A mit einem zweiten Aufnehmer 3b ausgebildet, zwischen denen der Prüfkörper 4 starr befestigbar ist. Der erste Aufnehmer 3a ist dabei mit mindestens einem ersten Lagerelement 7 an der Lastverteilungsvorrichtung 2 befestigt und der zweite Aufnehmer 3b ist mit mindestens einem zweiten Lagerelement 8 am Lastrahmen 1 befestigt.
Das mindestens eine erste Lagerelement 7, das mindestens eine zweite Lagerelement 8, der erste Aufnehmer 3a und der zweite Aufnehmer 3b sind ausgebildet, die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b mit dem Prüfkörper 4 im Lastrahmen 1 in einer Frei-Frei-Lagerung, entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung zu lagern. Die Lastverteilungsvorrichtung 2 und die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b sind ausgebildet, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungsvorrichtung wirkt, in den Prüfkörper 4 entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement 7 und dem mindestens einen zweiten Lagerelement 8 von der Lasteingangsseite E durch den Prüfkörper 4 in Richtung der Lastausgangsseite A verläuft, einzubringen.
Die mindestens eine Erregervorrichtung 5 ist ausgebildet, den Prüfkörper 4 jeweils am ersten Aufnehmer 3a oder am zweiten Aufnehmer 3b mit einer Erregerkraft F dynamisch entlang der mindestens einen Anregungsrichtung anzuregen.
Die mindestens eine Messvorrichtung 6 ist ausgebildet, wenn die Erregervorrichtung 5, 5a den Prüfkörper 4 am ersten Aufnehmer 3a anregt, die Erregerkraft F am ersten Aufnehmer 3a und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmer 3a und am zweiten Aufnehmer 3b zu messen, und wenn die Erregervorrichtung 5, 5b den Prüfkörper 4 am zweiten Aufnehmer 3b anregt, die Erregerkraft F am zweiten Aufnehmer 3b und einen Schwingweg x und bzw. oder eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a am ersten Aufnehmer 3a und am zweiten Aufnehmer 3b zu messen.
Unter einer starren Befestigung oder Verbindung soll in dieser Anmeldung eine Befestigung oder Verbindung verstanden werden, bei der die befestigten bzw. miteinander verbunden Teile, beispielsweise der erste Aufnehmer 3a, der zweite Aufnehmer 3b und der Prüfkörper 4, keine Relativbewegung zueinander ausführen. Unter einer statischen Vorlast soll eine mechanische Kraft verstanden werden, die in ihrer Stärke und Wirkrichtung zeitlich konstant ist.
Die dynamische Anregung des Prüfkörpers 4 erfolgt dagegen mit einer Erregerkraft F, die sich zeitlich ändert.
Für eine Frei-Frei-Lagerung weisen das mindestens eine erste Lagerelement 7 und das mindestens eine zweite Lagerelemente 8 entlang der mindestens einen Anregungsrichtung eine dynamischen Steifigkeit auf, die derart ausgebildet ist, dass das erste Lagerelement 7 und das zweite Lagerelement 8 die über die Lastverteilungsvorrichtung 2 aufgebrachte statische Vorlast aufnehmen und die Erregerkraft F im Frequenzbereich der dynamischen Anregung bzw. der Erregerfrequenz f, wenn der Prüfkörper 4 am ersten Aufnehmer 3a angeregt wird, am zweiten Aufnehmer 3b minimal ist, d. h. gegen Null geht, und wenn der Prüfkörper 4 am zweiten Aufnehmer 3b angeregt wird, am ersten Aufnehmer 3a minimal ist. Diese Lagerung entspricht einer idealisierten Frei-Frei-Abschlussrandbedingung, mit der die dynamischen Übertragungseigenschaften, in Analogie zu einem Steifigkeitsvierpol, über einen Vierpol in Nachgiebigkeitsform bestimmt werden können. Für eine unidirektionale Anregung, d. h. bei einer Schwingung mit nur einem translatorischen Freiheitsgrad, hat der Nachgiebigkeitsvierpol die Form: $(_{x_{2}}^{x_{1}}) = \underset{H}{\underset{︸}{[\begin{matrix} η_{11} & η_{12} \\ η_{21} & η_{22} \end{matrix}]}} (_{F_{2}}^{F_{1}}) mit$

F:: Kraft
x:: Schwingweg
η_ij=x_i/F_j :: Dynamische Nachgiebigkeit
i, j:: Index 1: am Lasteingang E, Index 2: am Lastausgang A

Der Schwingweg x kann direkt gemessen oder über die Schwinggeschwindigkeit v oder die Schwingbeschleunigung a bestimmt werden. Eine Umrechnung der Nachgiebigkeiten η in die jeweiligen Steifigkeiten c kann über eine Matrixinversion C = H-¹ erfolgen. Die Vorrichtung und das Gleichungssystem können auch auf bis zu drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade erweitert werden. Die Nachgiebigkeitsmatrix eines Prüfkörpers mit sechs unabhängigen Schwingrichtungen kann mit einer 12 x 12-Matrix, d. h. einem 12-Pol beschrieben werden. Das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Lagerelement 7, 8 können dementsprechend als Linearlager und bzw. oder Drehlager ausgebildet sein und die Messvorrichtung kann für die Messung von Translations- und Rotationsfreiheitsgraden, wie z. B. in den 5 und 6 beschrieben, ausgebildet sein.
Das mindestens eine erste Lagerelement 7 und das mindestens eine zweite Lagerelement 8 können bevorzugt als Federelemente ausgebildet sein. Die Federelemente können insbesondere als Druckfedern, beispielsweise Elastomerfedern, bevorzugt als Luftlager oder Stahlfedern ausgebildet sein.
Für die Frei-Frei-Lagerung sind das mindestens eine erste Lagerelement 7 und das mindestens eine zweite Lagerelement 8 im Beispiel der 1 derart ausgebildet sind, dass die dynamische Admittanz der Lagerung der ersten Lagerelemente 7 und der zweiten Lagerelemente 8 entlang der mindestens einen Anregungsrichtung im Frequenzbereich der dynamischen Anregung bzw. der Erregerfrequenz f mindestens um das 10-fache, bevorzugt um das 100-fache, größer ist als die dynamische Admittanz des Prüfkörpers entlang der mindestens einen Anregungsrichtung im Frequenzbereich der dynamischen Anregung bzw. der Erregerfrequenz f. Dadurch kann eine freie Schnelle zu 90 % bzw. 99% oder mehr erreicht werden.
Die dynamische Anregung, d. h. die Schwingungsanregung, kann über eine Erregervorrichtung 5 erfolgen, die ausgebildet ist, den Prüfkörper translatorisch und bzw. oder rotatorisch anzuregen. Die Erregervorrichtung kann hierfür mindestens einen Impulshammer, Shaker oder Aktuator 5a, 5b aufweisen. Der mindestens eine Impulshammer 5a, 5b kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mittels eines einzelnen mechanischen Impulses in den Prüfkörper 4 einzubringen, d. h. den Prüfkörper 4 mittels eines einzelnen mechanischen Impulses anzuregen. Der mindestens eine Shaker oder Aktuator 5a, 5b kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer Erregerfrequenz f in den Prüfkörper 4 einzubringen. Bevorzugt wird der Prüfkörper 4 mit einer konstanten Erregerfrequenz f harmonisch, bevorzugt sinusförmig und besonders bevorzugt sinusförmig mit gleitendem Sinus angeregt, die Erregervorrichtung 5 kann jedoch auch ausgebildet sein, den Prüfkörper 4 mit einem Rauschsignal anzuregen.
Der mindestens eine Shaker oder Aktuator 5a, 5b der Erregervorrichtung 5 kann ausgebildet sein, die Erregerkraft F mit mindestens einer Erregerfrequenz f im Frequenzbereich zwischen f > 2 kHz und f ≤ 10 kHz, bevorzugt zwischen f > 3 kHz und f ≤ 10 kHz, besonders bevorzugt zwischen f ≥ 5 kHz und f ≤ 10 kHz in den Prüfkörper 4 einzubringen. Der Shaker oder Aktuator 5a, 5b kann als elektrodynamischer Aktuator oder piezoelektrischer Aktuator, bevorzugt als Piezo-Stapelaktuator, ausgebildet sein.
Um das Umpositionieren eines Shakers, Aktuators oder Impulshammers 5a, 5b für die Messungen zu vermeiden, weist die Erregervorrichtung 5 im Beispiel der 1 mindestens zwei Shaker, Aktuatoren oder Impulshämmer 5a, 5b auf, von denen mindestens ein erster Shaker, Aktuator oder Impulshammer 5a am ersten Aufnehmer 3a, d. h. lasteingangsseitig E, befestigt ist und mindestens ein zweiter Shaker, Aktuator oder Impulshammer 5b am zweiten Aufnehmer 3b, d. h. lastausgangsseitig A, befestigt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens zwei Erregervorrichtungen 5 und mindestens zwei zugehörige Messvorrichtungen 6 aufweist, die ausgebildet sind, eine Erregerkraft F entlang jeweils verschiedener, bevorzugt zueinander orthogonaler, Anregungsrichtungen unabhängig voneinander in den Prüfkörper 4 einzubringen und die jeweils eingeleiteten Erregerkräfte F und Schwinggrößen, wie die Schwingwege x, Schwinggeschwindigkeiten v und bzw. oder Schwingbeschleunigungen a, entlang der jeweiligen Anregungsrichtungen unabhängig voneinander zu messen.
Die Vorrichtung des Beispiels in 1 weist ein (nicht dargestelltes) Vorlastsystem auf, das ausgebildet ist, eine statische Vorlast auf die Lastverteilungsvorrichtung 2 aufzubringen. Die statische Vorlast kann dabei mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder schwerkraftbelastet auf die Lastverteilungsvorrichtung 2 aufgebracht werden. Der Lastrahmen 1 ist im Beispiel der 1 für eine verbesserte Steifigkeit geschlossen ausgebildet und umfasst ein festes Fundament (schraffiert dargestellt), er kann jedoch auch einseitig offen ausgebildet sein.
Die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b und die Lagerelemente 7, 8 sind in der Vorrichtung des Beispiels in 1 derart angeordnet, dass ihre Massenschwerpunkte auf einer vertikalen Achse durch den Masseschwerpunkt des Prüfkörpers 4 oder symmetrisch zu einer vertikalen Achse durch den Masseschwerpunkt des Prüfkörpers 4 angeordnet sind. Wird die statische Vorlast senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper 4 eingebracht, so können die Komponenten auf oder symmetrisch zu einer horizontalen Achse des Prüfkörpers 4 angeordnet sein.
Die mindestens eine Messvorrichtung weist für die Messung der Erregerkraft F einen dynamischen Kraftsensor, insbesondere einen ICP-Kraftsensor (integrated circuit piezoelectric) bzw. lEPE-Kraftsensor (integrated electronics piezoelectric) oder einen ladungsbasierten Kraftsensor auf.
Für die Messung der Schwinggrößen kann die Messvorrichtung bevorzugt ebenfalls ICP- bzw. IEPE-Sensoren aufweisen, die ausgebildet sind den Schwingweg x, die Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder die Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen Raumrichtungen, d. h. triaxial, zu messen. Vorteilhaft kann die Messvorrichtung mit mindestens einem Impedanzmesskopf für die kombinierte Messung der Erregerkraft F und der Schwingbeschleunigung a ausgebildet sein. Besonderes bevorzugt ist die Messvorrichtung derart ausgestaltet, dass auch die rotatorische Freiheitsgrade der Schwingung gemessen werden können, beispielsweise mit einer Rotationsmessvorrichtung wie in 5 und 6 dargestellt und beschrieben.
Mit der Vorrichtung kann das dynamische Übertragungsverhalten eines Prüfkörpers 4 für eine dynamische Anregung mit einer beliebigen Orientierung in Bezug auf die statische Vorlast, insbesondere aber mit einer Anregungsrichtung parallel und bzw. oder senkrecht zur statischen Vorlast, bestimmt werden. Die Art und Anordnung bzw. Bewegungsrichtung der Lagerelemente 7, 8 in Bezug auf die statische Vorlast richtet sich dabei nach dem jeweiligen Anregungs-fall, der mit der Vorrichtung untersucht werden soll.
Im Beispiel der 1 sind der Lastrahmen 1, die Lastverteilungsvorrichtung 2 und die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b ausgebildet, die statische Vorlast, die in 1 durch einen schwarzen Pfeil angedeutet ist, entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper 4 einzubringen. Das mindestens eine erste Lagerelement 7 und das mindestens eine zweite Lagerelement 8 sind als Federelemente ausgebildet, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast angeordnet sind. Die mindestens eine Erregervorrichtung 5 ist ausgebildet, die Erregerkraft F, wie in 1 durch einen weißen Pfeil angedeutet, in einer Anregungsrichtung parallel (koaxial) zum Lastpfad der statischen Vorlast in den Prüfkörper 4 einzubringen. Die Erregervorrichtung 5 kann hierfür entweder an der Lasteingangsseite E oder der Lastausgangsseite A befestigt sein bzw. werden. Mit der Vorrichtung können somit dynamische Übertragungseigenschaften parallel zur statischen Vorlast und Schwerkraftrichtung bestimmt werden, es sind jedoch auch alternative Ausrichtungen möglich.
In 2 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers 4 abgebildet. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser und den weiteren Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Vorrichtung ist entsprechend dem Beispiel der 1 für eine Bestimmung der dynamischen Übertragungseigenschaften parallel zur Vorlast und Schwerkraftrichtung angeordnet.
Die Vorrichtung weist als Lagerelemente mindestens drei erste Federelemente 7 und bzw. oder mindestens drei zweite Federelement 8 auf, die jeweils äquidistant zueinander sowie äquidistant zu einer Achse entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast, d. h. entlang des Lastpfad, angeordnet sind. Die Federelemente 7, 8 sind als Stahlfeder ausgebildet, können jedoch auch als Luftlager oder Elastomerfedern ausgebildet sein.
Der Prüfkörper 4 weist im Beispiel der 2 im Frequenzbereich der Anregung eine dynamische Steifigkeit in der Größenordnung von 3·10⁷ N/m auf. Der erste Aufnehmer 3a ist mit einer Masse von 5,1 kg und Eigenfrequenzen bei 5,1 kHz und 10,2 kHz ausgebildet, der zweite Aufnehmer 3b mit einer Masse von 4,8 kg und Eigenfrequenzen bei 5,8 kHz und 9,4 kHz. Die Lagerelemente können eine quasistatische Steifigkeit von beispielsweise 1·10⁴ N/m aufweisen. Die dynamische Steifigkeit c des ersten und zweiten Lagerelementes beträgt für die Frei-Frei-Lagerung im Frequenzbereich der Anregung weniger als 3·10⁶ N/m, d. h. weniger als ein Zehntel der dynamischen Steifigkeit des Prüfkörpers 4. Die einzelnen Federelemente der Lagerelemente weisen dabei im Frequenzbereich der Anregung bevorzugt eine dynamische Steifigkeit von C_i ≤ 1·10⁶ N/m pro Federelement auf.
Der Prüfkörper 4 ist im Beispiel der 2 rotationssymmetrisch geformt. Die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b ist ausgebildet den Prüfkörper 4 derart aufzunehmen, dass die statische Vorlast und die Erregerkraft F entlang der Symmetrieachse des Prüfkörpers 4 in den Prüfkörper 4 eingebracht wird. Die Aufnehmer 3a, 3b sind rotationssymmetrisch, im Beispiel der 2 zylindrisch, ausgebildet, und derart angeordnet, dass die statische Vorlast entlang ihrer Symmetrieachse in den Prüfkörper 4 einbracht wird. Die Übertragungseigenschaften können somit deutlich einfacher unter Ausnutzung der jeweiligen Symmetrie bestimmt werden. Alternativ kann auch eine Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b für einen spiegelsymmetrischen Prüfkörper 4 mit mindestens einer Symmetrieebene bzw. spiegelsymmetrische Aufnehmer 3a, 3b mit mindestens einer Symmetrieebene vorgesehen sein. Die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b kann dann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die statische Vorlast und bzw. oder die Erregerkraft F entlang einer Achse, die in der mindestens einen Symmetrieebene verläuft, in den Prüfkörper 4 bzw. in die jeweiligen Aufnehmer 3a, 3b eingebracht wird.
Die Lastverteilungsvorrichtung 2 ist im Beispiel der 2 als Traverse ausgebildet, die entlang der Wirkrichtung der statischen Vorlast verfahrbar ausgebildet ist. Die statische Vorlast wird über ein (nicht dargestelltes) hydraulisches Vorlastsystem auf die Lastverteilungsvorrichtung 2 und von dieser zu gleichen Anteilen auf die Federelemente 7, 8 aufgebracht.
In 3 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers 4 dargestellt. In diesem Beispiel ist die Vorrichtung horizontal ausgerichtet. Der Lastrahmen 1, die Lastverteilungsvorrichtung 2 und die Aufnahmevorrichtung 3, 3a, 3b sind ausgebildet, die statische Vorlast senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper 4 einzubringen, wobei zusätzliche Schwingungsentkopplungselemente 9, wie beispielsweise Federelemente, zwischen dem ersten Aufnehmer 3a und dem Lastrahmen 1 und dem zweiten Aufnehmer 3b und dem Lastrahmen 1 angeordnet sein können, die ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung 3 mit dem Prüfkörper 4 gegen die Schwerkraft zu stützen und in Schwerkraftrichtung vom Lastrahmen 1 bei der dynamischen Anregung zu entkoppeln. Das erste Lagerelement 7 und das zweite Lagerelement 8 sind als Federelemente ausgebildet, die mit ihrer Federrichtung jeweils parallel zur statischen Vorlast ausgerichtet sind, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, die in der 3 mit einem schwarzen Pfeil angedeutet ist. Die mindestens eine Erregervorrichtung 5 ist ausgebildet, die Erregerkraft F in einer Anregungsrichtung parallel zur statischen Vorlast, d. h. parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast, in den Prüfkörper 4 einzubringen. Dementsprechend können mit der Vorrichtung dynamische Übertragungseigenschaften parallel zur statischen Vorlast bestimmt werden.
In 4 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers 4 abgebildet. Die Vorrichtung ist analog zum Beispiel der 2 aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, dass die Erregervorrichtung 5 ausgebildet ist, die Erregerkraft F senkrecht zur statischen Vorlast in den Prüfkörper 4 einzubringen.
5 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Beispiel einer Rotationsmessvorrichtung für eine Messung mit bis zu sechs Freiheitsgraden.
Die Messvorrichtung 6 kann mindestens eine Rotationsmessvorrichtung 10 aufweisen. Eine Rotationsmessvorrichtung kann eine Gruppe von mindestens drei Sensoren 11 sowie einen starren Fixierkörper 12 aufweisen. Die mindestens drei Sensoren 11 können jeweils ausgebildet sein, einen Schwingweg x, eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen, bevorzugt zueinander orthogonalen, Raumrichtungen zu messen. Der Fixierkörper 12 kann an einer Oberfläche des ersten oder zweiten Aufnehmers 3a, 3b , an der jeweils eine Messstelle angeordnet sein kann, in direktem, d. h. unmittelbar berührendem, Kontakt zu der jeweiligen Messstelle, bevorzugt lösbar, in der Vorrichtung befestigt sein. Die mindestens drei Sensoren 11 können derart an oder im Fixierkörper 12 befestigt sein, dass die mindestens drei Sensoren 11 jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen, Raumrichtung, in einem definierten Abstand, bevorzugt äquidistant, zu der Messstelle am ersten Aufnehmer 3a oder am zweiten Aufnehmer 3b angeordnet sind. Der Fixierkörper 12 weist hierfür bevorzugt eine Ankoppelfläche 13 auf, die kongruent geformt zu der Oberfläche des jeweils ersten oder zweiten Aufnehmers 3a, 3b ausgebildet sein kann, an der die jeweilige Messstelle angeordnet sein kann. In 5 ist der Kontaktpunkt 14 auf der Ankoppelfläche 13, der bei der Befestigung des Fixierkörpers am ersten oder zweiten Aufnehmer 3a, 3b mit dieser in Kontakt ist, dargestellt.
Im Beispiel der 5 sind die mindestens drei Sensoren 11 auf der Oberfläche eines kreuzförmigen Fixierkörpers 12 angeordnet. Die mindestens drei Sensoren 11 sind an den Stirn- und bzw. oder Seitenflächen der Schenkel eines, bevorzugt gleichschenkligen, Kreuzes und bzw. oder der Stirnfläche des Kreuzes angeordnet. Sie sind dabei derart angeordnet, dass sie bei Befestigung des Fixierkörpers 12 bzw. der Rotationsmessvorrichtung 10 an der Messstelle jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, orthogonalen Raumrichtung in einem definierten Abstand, zu der jeweiligen Messstelle angeordnet sind. Die Ankoppelfläche 13 und der Kontaktpunkt 14 zur Messstelle, an dem die Messstelle bei Befestigung des Fixierkörpers 12 bzw. der Rotationsmessvorrichtung 10 am ersten Aufnehmer 3a oder am zweiten Aufnehmer 3b in Kontakt zum Fixierkörper 12 ist, sind im Kreuzungspunkt der Schenkel an der Stirnfläche des Kreuzes ausgebildet. Die Sensoren 11 sind im Fixierkörper 12 also, wie in 5 dargestellt, auch jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen, bevorzugt orthogonalen, Raumrichtungen in einem definierten Abstand zum Kontaktpunkt 14 angeordnet.
Statt eines kreuzförmigen Fixierkörpers 12 kann die Rotationsmessvorrichtung 10 der Messvorrichtung 6 auch mindestens einen anders geformten, bevorzugt spiegelsymmetrischen, Fixierkörper, z. B. einen quaderförmigen Fixierkörper 12 aufweisen. Die Sensoren 11 können auch im Inneren des Fixierkörpers 12 angeordnet sein oder in die Oberfläche des Fixierkörpers 12 integriert bzw. eingebettet sein.
In 6 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines dynamisch angeregten Prüfkörpers mit mindestens einer Rotationsmessvorrichtung dargestellt. Eine Messvorrichtung 6 kann mindestens eine Rotationsmessvorrichtung 10 aufweisen. Im Beispiel der 6 ist eine erste Rotationsmessvorrichtung 10, die eine erste Gruppe von mindestens drei Sensoren 11 und einen Fixierkörper 12 aufweist, an einer ersten Messstelle am ersten Aufnehmer 3a angeordnet und eine zweite Rotationsmessvorrichtung 10, die eine zweite Gruppe von mindestens drei Sensoren 11 und einen Fixierkörper 12 aufweist, an einer zweiten Messstelle am zweiten Aufnehmer 3b angeordnet. Die Rotationsmessvorrichtungen 10 bzw. die jeweiligen Messstellen am ersten und am zweiten Aufnehmer 3a, 3b können typischerweise auf einer Achse entlang oder parallel zur Anregungsrichtung angeordnet sein, insbesondere auf einer horizontalen oder vertikalen Achse, wie in 6 dargestellt, die durch den Massenschwerpunkt des ersten Aufnehmers 3a und bzw. oder des zweiten Aufnehmers 3b verläuft, auf der auch der Massenschwerpunkt des Prüfkörpers 4 angeordnet sein kann.
Alternativ zu einer Rotationsmessvorrichtung 10 kann die Messvorrichtung auch mindestens ein Gruppe von mindestens drei Sensoren 11 aufweisen, die direkt an einer Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers 3a, 3b befestigt sein können oder in die Oberfläche des jeweiligen ersten oder zweiten Aufnehmers 3a, 3b integriert bzw. eingebettet sein können, wobei die die mindestens drei Sensoren 11 jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen Raumrichtung in einem definierten Abstand zu einer Messstelle am ersten Aufnehmer 3a oder am zweiten Aufnehmer 3b angeordnet sind.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Prüfkörpers aufweisend einen Lastrahmen (1) mit einer Lastverteilungsvorrichtung (2), einer Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) für einen Prüfkörper (4), mindestens einer Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) und mindestens einer Messvorrichtung (6), wobei die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) an einer Lasteingangsseite (E) einen ersten Aufnehmer (3a) und an einer der Lasteingangsseite (E) gegenüberliegend angeordneten Lastausgangsseite (A) einen zweiten Aufnehmer (3b) aufweist, zwischen denen der Prüfkörper (4) starr befestigbar ist, wobei der erste Aufnehmer (3a) mit mindestens einem ersten Lagerelement (7) an der Lastverteilungsvorrichtung (2) des Lastrahmens (1) befestigt ist, der zweite Aufnehmer (3b) mit mindestens einem zweiten Lagerelement (8) am Lastrahmen (1) befestigt ist, das mindestens eine erste Lagerelement (7) und das mindestens eine zweite Lagerelement (8) ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) mit dem Prüfkörper (4) im Lastrahmen (1) entlang mindestens einer definierten Anregungsrichtung in einer Frei-Frei-Lagerung zu lagern, und die Lastverteilungseinrichtung (2) und die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) ausgebildet sind, eine statische Vorlast, die auf die Lastverteilungseinrichtung wirkt, in den Prüfkörper (4) entlang eines Lastpfades, der zwischen dem mindestens einen ersten Lagerelement (7) und dem mindestens einen zweiten Lagerelement (8) von der Lasteingangsseite (E) durch den Prüfkörper (4) in Richtung der Lastausgangsseite (A) verläuft, einzubringen, die mindestens eine Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, den Prüfkörper (4) jeweils am ersten Aufnehmer oder am zweiten Aufnehmer entlang der mindestens einen Anregungsrichtung mit einer Erregerkraft dynamisch anzuregen, und die mindestens eine Messvorrichtung (6) ausgebildet ist, wenn die Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) den Prüfkörper (4) am ersten Aufnehmer (3a) anregt, die Erregerkraft am ersten Aufnehmer (3a) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen, und wenn die Erregervorrichtung den Prüfkörper (4) am zweiten Aufnehmer (3b) anregt, die Erregerkraft am zweiten Aufnehmer (3b) und einen Schwingweg und/oder eine Schwinggeschwindigkeit und/oder eine Schwingbeschleunigung am ersten Aufnehmer (3a) und am zweiten Aufnehmer (3b) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des mindesten einen ersten Lagerelementes (7) und des mindestens einen zweiten Lagerelementes (8) ein Admittanzverhältnis zum gelagerten Prüfkörper (4) entlang der mindestens einen Anregungsrichtung von mindestens 10, bevorzugt 100, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Lagerelement (7) und/oder das mindestens eine zweite Lagerelement (8) als Federelement, bevorzugt als Elastomerfeder, besonders bevorzugt als Luftfeder oder Stahlfeder ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) mindestens einen Impulshammer, der ausgebildet ist, die Erregerkraft mittels eines einzelnen mechanischen Impulses in den Prüfkörper einzubringen, und/oder mindestens einen Aktuator aufweist, der ausgebildet ist, die Erregerkraft mit mindestens einer Erregerfrequenz f in den Prüfkörper (4) einzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, die Erregerkraft mit mindestens einer Erregerfrequenz f oder einem Rauschsignal im Frequenzbereich zwischen f > 2 kHz und f ≤ 10 kHz, bevorzugt zwischen f > 3 kHz und f ≤ 10 kHz, besonders bevorzugt zwischen f ≥ 5 kHz und f ≤ 10 kHz in den Prüfkörper (4) einzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (5, 5a, 5b) als elektrodynamischer Aktuator oder piezoelektrischer Aktuator, insbesondere als Piezo-Stapelaktuator, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein mechanisches, hydraulisches, pneumatisches, elektrisches oder schwerkraftbelastetes Vorlastsystem aufweist, das ausgebildet ist, die statische Vorlast auf die Lastverteilungseinrichtung (2) aufzubringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Gruppe von mindestens drei Sensoren (11) aufweist, die jeweils ausgebildet sind, einen Schwingweg x, eine Schwinggeschwindigkeit v und bzw. oder eine Schwingbeschleunigung a in jeweils drei voneinander unabhängigen Raumrichtungen zu messen, wobei die mindestens drei Sensoren (11) jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen Raumrichtung in einem definierten Abstand zu einer Messstelle am ersten Aufnehmer (3a) oder am zweiten Aufnehmer (3b) angeordnet sind, oder die mindestens drei Sensoren (11) jeweils in einer Rotationsmessvorrichtung (10) an einem Fixierkörper (12), der am ersten Aufnehmer (3a) oder am zweiten Aufnehmer (3b) befestigt ist, an dem Fixierkörper (12) derart angeordnet sind, dass die mindestens drei Sensoren (11) jeweils an einer definierten Position in drei voneinander unabhängigen Raumrichtung in einem definierten Abstand zu der Messstelle am ersten Aufnehmer (3a) oder am zweiten Aufnehmer (3b) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastrahmen (1), die Lastverteilungseinrichtung (2) und die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) ausgebildet sind, die statische Vorlast entlang der Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper (4) einzubringen, das erste Lagerelement (7) und das zweite Lagerelement (8) als Federelemente ausgebildet sind, die mit ihrer Federrichtungen jeweils parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast angeordnet sind, und die mindestens eine Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, die Erregerkraft in einer Anregungsrichtung parallel und/oder senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast in den Prüfkörper (4) einzubringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastrahmen (1), die Lastverteilungseinrichtung (2) und die Aufnahmevorrichtung (3, 3a, 3b) ausgebildet sind, die statische Vorlast senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Prüfkörper (4) einzubringen, wobei Schwingungsentkopplungselemente (9) zwischen dem ersten Aufnehmer (3a) und dem Lastrahmen (1) und dem zweiten Aufnehmer (3b) und dem Lastrahmen (1) angeordnet sind, die ausgebildet sind, die Aufnahmevorrichtung (3) mit dem Prüfkörper (4) gegen die Schwerkraft zu stützen und in Schwerkraftrichtung vom Lastrahmen (1) dynamisch zu entkoppeln, das erste Lagerelement (7) und das zweite Lagerelement (8) als Federelemente ausgebildet sind, die mit ihrer Federrichtungen parallel zum Lastpfad der statischen Vorlast ausgerichtet sind, und die mindestens eine Erregervorrichtung (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, die Erregerkraft in einer Anregungsrichtung parallel und/oder senkrecht zum Lastpfad der statischen Vorlast in den Prüfkörper (4) einzubringen.