DE2414171B2

DE2414171B2 - Meßgerät zur Messung der Dämpfungswirksamkeit von Stoßdömpfern

Info

Publication number: DE2414171B2
Application number: DE2414171A
Authority: DE
Inventors: Luigi Mandello Del Lario Como Buzzi (Italien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-11
Filing date: 1974-03-23
Publication date: 1980-08-21
Also published as: US3902352A; FR2232756B3; DE2414171A1; GB1436277A; IT992509B; FR2232756A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Messung der Dämpfungswirksamkeit eines zwischen zwei gegenseitig beweglichen Elementen einer Fahrzeugaufhängung eingebauten Stoßdämpfers, mit Antriebsmitteln, die mindestens einem Rad des Fahrzeuges eine vertikale periodische Schwingbewegung erteilen und ersten Fühlmitteln zur Ermittlung mindestens einer Größe, die von der augenblicklichen vom Stoßdämpfer übertragenen Kraft abhängig ist.

Bei mit federnden Radaufhängungen versehenen Fahrzeugen haben die Stoßdämpfer die Aufgabe, die Energie der von Außeneinwirkungen hervorgerufenen Schwingungen aufzunehmen, um dadurch das Fahrzeug in den normalen Gleichgewichtszustand zurückzuversetzen. Bei schadhaften Stoßdämpfern schwingen die in ihrer Bewegung nicht mehr gedämpften Räder frei, wobei sie sich in Grenzfällen vom Boden abheben. Der Fahrzeugaufbau ist folglich nicht mehr stabil, sondern den bekannten Schwingbev/egungen, wie Kippbewegung, Stampfen oder Pumpen, ausgesetzt, wodurch die Straßenlage beeinträchtigt wird.

Auch wenn die verschiedenen Stoßdämpfer eines Fahrzeuges ungleichmäßig abgenutzt sind, zum Beispiel, wenn der Stoßdämpfer einer Seite normal arbeitet, während derjenige der anderen Seite schadhaft ist, wird die Straßenlage, insbesondere auf beschädigter Fahrbahn oder in Kurven, gefährlich beeinflußt.

Für die Fahrsicherheit und den Komfort der Fahrgäste ist daher eine gute Arbeitsweise der Stoßdämpfer unerläßlich. Dies erfordert häufige Überprüfungen der Stoßdämpfer, die wegen der betiächtlichen, auf sie einwirkenden Beanspruchungen einer schnellen Abnutzung unterworfen sind.

Bekannten, zur Prüfung eines einzigen, ausgebauten Stoßdämpfers geeignete Geräte weisen den Nachteil auf, daß der Ausbau des Stoßdämpfers erforderlich ist, was eine mühsame Arbeit darstellt, besonders dann, wenn der Ausbau der gesamten Aufhängung nötig ist.

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1(1 Diese Prüfgeräte sind überdies mit dem Nachteil behaftet, daß die anderen Reib- und Dämpfungsursachen der Aufhängung nicht berücksichtigt werden, wobei Angaben und Messungen wiedergegeben werden, die den wirklichen Arbeitsbedingungen der Stoßdämpfer nicht entsprechen.

Aus diesem Grunde kann eine wirksame und sichere Oberprüfung der Stoßdämpfer nur erreicht werden, wenn die Prüfungsabnahmen unmittelbar am Fahrzeug ausgeführt werden, was an sich bekannt ist (ausgelegte deutsche Patentanmeldung B 32 116 IXb 42c, DE-OS 20 49 550). Dabei sind Geräte zu verwenden, die durch numerische und graphische Angaben Messungen oder Vergleiche ermöglichen, da die übliche Methode, manuell ein Rütteln des Wagenaufbaus zu verursachen und die damit verbundene Schwingbewegung zu beobachten, subjektiv und offensichtlich anzulänglich ist

Bei weiteren bekannten Prüfgeräten wird das zuvor angehobene Fahrzeug zu Boden fallen gelassen. Dabei zeichnet eine dazu vorgesehene Vorrichtung die durch den Fall verursachten Schwingungen des Wagenaufbaus graphisch auf. Die Schwingungsamplituden und die Form des Kurvenbildes dienen dazu, die Leistungsfähigkeit der Stoßdämpfer zu beurteilen. Da jedoch die Schwingung schnell gedämpft wird, nämlich nach wenigen Perioden, können die Endergebnisse nur schwierig ausgelegt und nicht immer wiedergegeben werden.

Ein weiteres bekanntes Gerät erzeugt vertikale Schwingungen einer Auflagefläche, auf der das Rad der zu prüfenden Aufhängung aufliegt, bis die Schwingungen eine oberhalb der kritischen Frequenz der Aufhängung liegenden Frequenz erreichen. Wird der Schwingungserzeuger stillgelegt, so schwingt die Radaufhängung weiter, bis die Schwingbewegung die Resonanzbedingungen erreicht. Ein Kurvenbüd der Schwingungsamplituden, das während der Verlangsamung aufgezeichnet wird, erlaubt, die Angaben über den Zustand der Stoßdämpfer abzuleiten.

Bei einem bekannten Prüfgerät (DE-OS 20 49 550) für Stoßdämpfer werden schließlich die Reaktionskräfte einer Radaufhängung gemessen, wobei das Rad auf einer vertikal schwingenden Auflagefläche aufliegt und unterhalb des Rades ein Fühler (z. B. piezoelektrisch) angeordnet ist, der fähig ist, elektrische Impulse zu erzeugen, die proportional zu den Kräften sind, die von der Auflagefläche dem Rad während der Schwingungen mit konstanter Frequenz übertragen werden.

In allen derartigen Geräten sind die zu messenden und zur Prüfung bestimmten Größen entweder eine Schwingungsamplitude oder eine der Schwingung entgegenwirkende Kraft. Es handelt sich um Größen, die, außer von der Dämpfungsfähigkeit des Stoßdämpfers, auch stark von anderen Merkmalen des federnden Systems abhängen. Solche Größen sind die bewegten Massen, die Elastizität der Aufhängungen und der Reifen, die Schwingungsfrequenz und die Fahrzeugstellung auf der Auflagefläche. Kleine Verschiebungen des Rades auf der Auflagefläche gegenüber der vorgeschriebenen Stellung in Achslängsrichtung, Lenkausschläge und Änderungen der Fahrzeugmassen (voller oder leerer Tank) genügen oft, um erhebliche Änderungen der Schwingungsamplitudenwerte oder der Reaklionskräfte hervorzurufen.

In diesen Geräten besteht ein weiterer Nachteil in der Notwendigkeit, die Prüfabnahmen für die beiden Räder einer gleichen Achse nacheinander auszuführen, um so

die auf die gegenseitige Schwingungsbeeinflussung der beiden Räder zurückzuführenden Abweichungen zu vermeiden. Die Messung wird schließlich meist durch Ablesung eines Kurvenbildes vorgenommen, dessen Auslegung große Erfahrung erfordert und subjektiv und ungewiß ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine zuverlässige Messung der Dämpfungswirkung auch dann raöglich ist, wenn an den beiden Rädern einer Achse gleichzeitig Messungen durchgeführt werden.

Das zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene Meßgerät der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch zweite Fühlmktel zur Messung der Verschiebungen des in periodische Schwingungen versetzten Rades und durch Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung der periodischen von beiden Fühlmitteln übertragenen Signale und zur Angabe ihrer zeitlichen Phasenverschiebung.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät wird durch Feststellung der Phasenverschiebung zwischen einem die Erregerkraft darstellenden Vektor und dem die Verschiebung darstellenden Vektor eine Aussage über die Dämpfungskonstante und damit über die Leistungsfähigkeit des Stoßdämpfers gemacht Diese Art der Messung ist unabhängig von Nebeneinflüssen, so daß auch zwei Stoßdämpfer einer Achse gleichzeitig geprüft werden können.

Eine graphische Aufzeichnung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, daß ein Prüfprotokoll geschaffen wird, das auch noch nach der Messung ausgewertet werden kann. Die zweiten Füllmittel sind besonders einfach, wenn sie gemäß Anspruch 3 mit den Antriebsmitteln in Wirkverbindung stehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung weiterhin erläutert, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 schematisch in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Gerät, das auf die Radaufhängung eines Fahrzeuges einwirkt

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Gerät nach F i g. 1,

Fig.3 ein Schaltbild des Fühlsystems, das bei dem Gerät nach den F i g. 1 und 2 verwendet ist,

F i g. 4 und 5 in Draufsicht bzw. in Seitenansicht einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Gerät, und

F i g. 6 schematisch eine Fahrzeugaufhängung, die mit einem erfindungsgemäßen Gerät geprüft wi^rd.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Gerät dargestellt, das zwei Paare aus Auffahrrampen 13 umfaßt, zwischen denen zwei um Tragbolzen 10 schwenkbare Auflageflächen 12 angeordnet sind. Diese Auflageflächen 12 liegen auf als Antriebsmittel dienenden Exzentern 8 auf, die von einer Welle 15 getragen werden, die in durch Kupplungen 17 untereinander verbundene Abschnitte unterteilt und in festen Lagern 9 drehbar ist.

Über ein Getriebe 11 bewegt ein Motor 16 die Welle 15, wodurch die Auflageflächen 12 in Schwingung versetzt werden.

Auf der Welle 15 ist auch ein als zweites Fühlmittel dienender Phasenerzeuger 19 angeordnet, der ein elektrisches, mit der Lage der Exzenter 8 und daher mit den Auflageflächen 12 verkettetes Signal abgibt.

An jeder Auflagefläche 12 ist ein schematisch dargestellter, als erstes Fühlmittel dienender Fühler 18 angebracht, der die von der Auflagefläche 12 an das Rad 31 eine-N Fahrzeuges 32 übertragene Kraft mißt und ein elektrisches, von dieser Kraft abhängiges Signal abgibt.

In F i g. 3 wird angegeben, wie die vom Phasener7eu-

ger 19 und vom Fühler 18 abgegebenen Signale einer als Verarbeitungsmittel dienenden Verarbeitungseinheit 20 übertragen werden, die diese Signale miteinander vergleicht wobei die zeitliche Phasenverschiebung zwischen den aufgenommenen, periodischen Signalen im Anzeigegerät 21 angezeigt wird.

Der Fühler 18 ist überdies mit einem als Aufzeichnungsmittel dienenden Schreibgerät 22 verbunden, das ein Kurvenbild des vom Fühler 18 abgegebenen Signals aufzeichnet

Zum besseren Verständnis der Betriebsweise des beschriebenen Geräts, kann eine Fahrzeugaufhängung durch zwei Massen schematisiert werden, und zwar durch eine aufgehängte Masse (Wagenaufbau) und durch eine nicht aufgehängte Masse (Rad und Aufhängung). Diese beiden Massen sind durch ein System miteinander verbunden, das durch eine Feder und einen damit parallel geschalteten Dämpfer schematisiert werden kann.

Die Gleichgewichtsgleichung einer dieser beiden Massen, auf die eine periodisch veränderliche Kraft einwirkt ist bekanntlich gegenüber der anderen, als festliegend betrachteten Masse, gegeben durch:

at²

+ c -^- + Kx = F sin fit, al

wobei

ⁱ⁽ m = die Masse des schwingenden Körpers,

K = die Elastizitätskonstante der Feder,

c = die Konstante einer starken Dämpfung,

χ = der augenblickliche Abstand des Massenschwerpunktes von der Massengleichge-¹' wichtslage des Systems und

Fsin a>t = der augenblickliche Wert (Elongation) der Kraft, die sich periodisch mit der Frequenz ω ändert.

4(i Bei Auflösung der Gleichung mit Polarkoordinaten erhält man insbesondere:

C <"

tg</ ^ -γ—-

i\ — nt

wobei φ der Phasenverschiebungswinkel zwischen dem die Erregerkraft darstellenden Vektor und dem die Verschiebung darstellenden Vektor ist.

Wenn man berücksichtigt, daß ω die Schwingungsfrequenz des Gerätes, und daher vorbestimmbar, und K und m konstante Eigenschaften eines jeden Fahrzeugs sind, so kann demgemäß entnommen werden, daß die Phasenverschiebung φ eine eindeutige und maßgerechte Funktion der Dämpfungskonstante c ist, die die Leistungsfähigkeit des Stoßdämpfers angibt.

Zur Messung der Dämpfungswirksamkeit der Stoßdämpfer der vorderen Fahrzeugaufhängung 32 liegen die Räder 31 auf den Auflageflächen 12 auf, die durch den Antrieb des Motors 16 synchron zum Schwingen gebracht werden.

Die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 15 wird zweckmäßigerweise hoch eingestellt, um die Aufhängung zu verformen, d. h., um dem Rad eine vom Wagenaufbau verschiedene Schwingung zu erteilen. Insbesondere bei einer genügend hohen Schwingungsfrequenz der Auflageflächen 12 bleibt der Wagenaufbau praktisch in Ruhe, wobei er sich als seismische Masse verhält.

Bei diesen Bedingungen gibt der Phasenerzeuger 19 ein periodisches Signal ab, das mit der auf- und abwärtsgerichteten Schwingbewegung der Auflageflächen synchron ist. Dieses Signal wird mit dem Signal, das vom Fühler 18 abgegeben wird, in der Verarbeitungseinheit 20 verglichen, das im Anzeigegerät 21 die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen angibt.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist also die Phasenverschiebung eine Funktion der Wirksamkeit der ι ο Stoßdämpfer, die an den vorderen Aufhängungen des zu prüfenden Fahrzeugs eingebaut sind. Es liegt nahe, mit einem geeigneten Versuch die gemessene Phasenverschiebung von den mit den Eigenschaften des Gerätes zusammenhängenden Komponenten zu befreien, so daß die wirkliche, mit der Dämpfung des Stoßdämpfers zusammenhängende Phasenverschiebung ermittelt werden kann.

Das Vorhandensein eines Schreibgerätes 22 ermöglicht, falls erwünscht, die Prüfung der Wellenform des Kurvenbildes, das die Änderung der von der Auflagefläche 12 an das Rad 31 übertragenen Kraft darstellt. Diese Kraft ist als Erregerkraft des Schwingsystems zu betrachten. Der zeitliche Verlauf der Kraftgröße kann einem Fachmann nützliche Angaben über die Art des Schadens des Stoßdämpfers geben.

In den F i g. 4 und 5 ist eine einzige Auflagefläche 12 genauer dargestellt. Die Auflagefläche 12 hat einen starren Rahmen 23, in dessen innerem Bereich 25 das Auflager 27 frei beweglich ist. Das Auflager 27 dient zur jo Aufnahme des Fahrzeugrades und wirkt auf den Fühler 18 ein. Der Fühler 18 kann ein Signal abgeben, das von seiner Zusammendnäckung abhängt. Der Fühler 18 kann widerstandsgekoppelt, piezoelektrisch, elektromagnetisch, magnetostriktiv oder anderweitig arbeiten, a Anstelle der gleitbaren Anordnung des Auflagers 27 könnte man dieses z. B. auch mittels irgendeiner geeigneten Federanordnung elastisch unterstützen.

In Fig.6 ist eine Fahrzeugaufhängung 32 schematisch dargestellt, die aus Parallelogrammarmen 33 besteht, die das Rad 31 gelenkartig abstützen. Die Aufhängung enthält auch eine Feder, die den Stoßdämpfer 35 koaxial umgibt. Die Feder und der Stoßdämpfer 35 verbinden einen Schwenkarm 33 federnd mit dem Wagenrahmen, wie dies an sich bekannt ist. -t

Gemäß den Grundgedanken der Erfindung, ist die Wirksamkeit des Stoßdämpfers 35 leicht ableitbar, wobei auch die Schwingbewegung des Fahrzeugs 32 anstelle der von der Auflagefläche dem Rad übertragenen Kraft, betrachtet werden kann, da diese Bewegung von dieser Kraft abhängt. Die Verarbeitungseinheit 20 kann dabei das vom Phasenerzeuger 19 abgegebene Signal verarbeiten, wobei dieses mit dem Signal eines mit 28 bezeichneten Schwingungsfühlers verglichen wird, der am Fahrzeugrahmen angebracht ist. Die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Signalen ist ebenfalls eine Funktion der Dämpfungswirksamkeit des Stoßdämpfers 35.

Der Phasenerzeuger 19 sendet der Verarbeitungseinheit 20 ein Signal, das von der Bewegung des Rades 31 in einer vertikalen Ebene abhängt. Dieses Signa! kann einfach mit einer direkten Messung der Radbewegung oder im allgemeinen mit der Bewegung der nicht aufgehängten Massen der Aufhängung erreicht werden. In Fig.6 ist beispielsweise ein seismisch arbeitender Meßfühler 30 dargestellt, der an einem Arm der Aufhängung angebracht ist. Der Meßfühler 30 gibt ein Signal ab, das eine eindeutige Funktion des vom Phasenerzeuger 19 abgegebenen Signals ist, wobei die kinematische Verbindung zwischen der Bewegung der Welle 15 und dem nicht aufgehängten Teil der Wagenaufhängung im wesentlichen starr ist In diesem Falle ist diese Verbindung durch einen Schwenkarm 33 verwirklicht.

Der Verarbeitungseinheit 20 können daher zur Verarbeitung Signale gesandt werden, die einerseits von dem am Wagenaufbau angebrachten seismischen Fühler und andererseits von einem am Rad oder an irgendeinem anderen mit dem Rad starr verbundenen Teil angebrachten Fühler abgegeben werden.

Die Vorrichtung, die spezifisch die von der Auflagefläche auf das Rad übertragene Kraft mißt, kann verschieden ausgeführt werden; beispielsweise könnte ein Belastungsfühler bekannter Art zwischen dem Exzenter 8 und der Auflagefläche 12 angeordnet werden.

Die Auflagefläche selbst könnte aus einer nachgiebigen Konstruktion bestehen, wobei die Senkung durch einen üblichen Meßfühler gemessen wird, der fähig ist, ein elektrisches, von der Senkung abhängiges Signal abzugeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßgerät zur Messung der Dämpfungswirksamkeit eines zwischen zwei gegenseitig bewegli- chen Elementen einer Fahrzeugaufhängung eingebauten Stoßdämpfers, mit Antriebsmitteln, die mindestens einem Rad des Fahrzeuges eine vertikale periodische Schwingbewegung erteilen und ersten Fühlmitteln zur Ermittlung mindestens einer Größe, ι ο die von der augenblicklichen vom Stoßdämpfer übertragenen Kraft abhängig ist, gekennzeichne t d u r c h zweite Fühlmittel (19) zur Messung der Verschiebungen des in periodische Schwingungen versetzten Rades (31) und durch Verarbeitungsmittel (20) zur Verarbeitung der periodischen von beiden Fühlmitteln (18; 28,19) übertragenen Signale utd zur Angabe ihrer zeitlichen Phasenverschiebung.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufzeichnungsmittel (22) zur graphischen Aufzeichnung des Ausmaßes des von den Fühlmitteln (18; 28,19) abgegebenen Signals.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Fühlmittel (19) mit den Antriebsmitteln (8) in Wirkverbindung stehen.