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Verfahren zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges im
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eingebauten Zustand und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Zusatz zu P 24 45 406. 6-52 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von
Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges im eingebauten Zustand, bei dem ein auf einer
Radaufstandsplatte ruhendes Rad des Fahrzeuges in Schwingungen versetzt wird und
bei Resonanz des schwingenden Systems die Radaufstandskraft durch die Schwingungsgeschwindigkeit
der Radaufstandsplatte dividiert und der Quotient angezeigt wird, nach P 24 45 406.
6-52, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei bekannten Prüfgeräten für Fahrzeugschwingungsdämpfer, wie sie
beispielsweise aus der DT-OS 1 648 546 bekannt sind, werden die Amplituden der Resonanzschwingungen
des Federungssystems des Fahrzeuges gemessen und angezeigt. Die Schwingungsamplituden
sind jedoch nur indirekt proportional zum Zustand des zu prüfenden Schwingungsdämpfers.
Die Funktionsfähigkeit des zu prüfenden Schwingungsdämpfers läßt sich daher nur
mittelbar überprüfen. Der Zusammenhang zwischen Schwingungsamplitude und Dämpfung
verläuft nämlich nach einer Hyperbel und der für die Auswertung der Qualität des
Schwingungsdämpfers wichtigste Kurvenbereich verläuft sehr flach.
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Die Fehlermöglichkeiten bei der Auswertung sind daher relativ groß.
In der Regel erfolgt desweiteren eine grafische Auswertung des aufgezeichneten Diagramms,
was umständlich und zeitraubend sein kann.
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In der älteren deutschen Patentanmeldung P 24 45 406 ist ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Prüfen von Schwingungsdämpfern eines Fahrzeuges im eingebauten
Zustand gezeigt, bei denen eine Meßgröße gewonnen wird, die direkt proportional
der Qualität des Stoßdämpfers ist und als unmittelbare Anzeigengröße zur Verfügung
steht. Dies wird dadurch erreicht, daß neben der Radaufstandskraft gleichzeitig
noch die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte gemessen wird und die
dynamische Radaufstandskraft durch die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
dividiert und der Quotient angezeigt wird. Das Maximum der Amplitude, d. h. der
Resonanzpunkt kann hierbei mittels doppelter Differentiation des Schwingungsgeschwindigkeitssignals
der Radaufstandsplatte gewonnen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
zeigen, bei der die gewonnene Meßgröße direkt proportional der Qualität, d. h. der
Impedanz des Stoßdämpfers ist und als unmittelbare Anzeigengröße zur Verfügung steht,
wobei eine sichere Ermittlung des Resonanzpunktes gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß bei sich ändernder Erregergeschwindigkeit am Wendepunkt des
Phasenganges der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte oder der dynamischen
Radaufstandskraft gegenüber der Erregerschwingung die Werte für die Schwingungsgeschwindigkeit
der Radaufstandsplatte und der Radaufstandskraft für die Quotientenbildung gemessen
werden.
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Die Vorrichtung ist ausgehend von der P 24 45 406. 6-52 zur Lösung
dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger mit einem Signalgenerator
versehen ist, der ein zu der Erregerschwingungsfrequenz proportionales Signal abgibt
und mit einer Phasenvergleichsschaltung verbunden ist, an die der Kraftaufnehmer
oder der Geschwindigkeitsaufnehmer angeschlossen ist und daß die Phasenvergleicherschaltung
im Wendepunkt des Phasenganges der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
oder der dynamischen Radaufstandskraft gegenüber der Erregerschwingung für die Erfassung
der Augenblickswerte der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte und der
Radaufstandskraft ein Aktivierungssignal vorsieht.
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Der Phasengang der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
oder der dynamischen Radaufstandskraft gegenüber der Erregerschwingung kann bei
abnehmender Erregergeschwindigkeit ermittelt werden. Hierzu kann der Antriebsmotor
von einer Rampenschaltung in der Weise angesteuert werden, daß er mit abfallender
Drehzahl betrieben wird.
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Zur Ermittlung des Wendepunktes des Phasenganges kann ein der Erregerfrequenz
proportionales Bezugssignal erzeugt werden und mit einem Signal, das der dynamischen
Radaufstandskraft oder der Schwingungsgeschwindigkeit
der Radaufstandsplatte
proportional ist, verglichen werden.
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Hierzu kann der mit dem umlaufenden Schwingungserreger verbundene
Signalgenerator als Impulsgeber ausgebildet sein, der pro Umdrehung des umlaufenden
Schwingungserregers wenigstens einen Impuls abgibt.
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In vorteilhafter Weise ist der Impulsgeber um 900 zur Erregerkraft
versetzt angeordnet.
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Die im Wendepunkt des Phasenganges, d. h, im Resonanzpunkt ermittelten
Augenblickswe rte der Schwingungsgeschwlndigkeit der Radaufstandsplatte und der
dynamischen Radaufstandskraft werden für die anschließende Quotientenbildung gespeichert.
Hierzu können zwischen dem Dividierer und dem Kraftwertaufnehmer sowie dem Geschwindigkeitsaufnehmer
geschaltete Spitzenwertgleichrichter in Abhängigkeit von einem Aktivierungssignal
der Phasenvergleicherschaltung zur Speicherung der am Wendepunkt des Phasenganges
ermittelten Augenblickswerte für die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
und der dynamischen Radaufstandskraft mittels einer Aktivierungsschaltung aktiviert
sein.
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Die Augenblickswerte für die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
und der dynamischen Radaufstandskraft können bis zum Beginn eines neuen Meßlaufes
gespeichert bleiben, so daß für die Quotientenbildung und die Anzeige des sich aus
der Quotientenbildung ergebenden Impedanzwertes des Schwingungsdämpfers genügend
Zeit vorhanden ist.
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Bei Erreichen des Wendepunktes kann der Meßlauf abgeschaltet werden.
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Bevor das der Schwingungsgeschwindigkeit proportionale Signal mit
dem der Erregerschwingung proportionalen Bezugesignal verglichen wird, ist es von
Vorteil, das Schwingungsgeschwindigkeitssignal zu symmetrieren, wodurch sich Unsymmetrien
des Fahrzeugsystems im Resonanzfall, welche
durch unterschiedliche
Druck- und Zugstufen des Stoßdämpfers hervorgerufen werden können, ausgeglichen
sind.
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Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß auch bei schwach
ausgeprägtem Amplitudenmaximum im Resonanzfall der Resonanzpunkt eindeutig ermittelt
werden kann. Man erhält auch dann eine Messung im Resonanzpunkt, wenn die Dämpfung
größer als 0,5 ist. Auch ist es bei der Erfindung nicht notwendig, daß die Erregerkraft
konstant gehalten wird. Die Gefahr, daß bei sogenannten ?tNebenmaiiima??, welche
sich durch Störeinflüsse nicht immer vermeiden lassen, die Radaufstandskraft und
die Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte gemessen werden, ist vermieden.
Die Erfindung gewährleistet somit eine sichere Messung der Augenblickswerte der
dynamischen Radaufstandskraft und der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
zum Zeitpunkt der Resonanz, wodurch gewährleistet ist, daß bei Quotientenbildung
dieserAugenblickswe rte eine direkte Größe für die Dämpfung bzw. fiir die Impedanz
des Schwingungsdämpfers gewonnen wird.
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In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausftihrungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 den mechanischen Aufbau eines Prüfstandes für Schwingungsdämpfer;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung ftir den in Fig. 1 gezeigten
Prüfstand; Fig. 3 den Phasengang der Schwingungsgeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
gegenüber einem der Schwingungserregerfrequenz proportionalen Signal, und
Fig.
4 einen Spannungsverlauf einer gesteuerten Rampenschaltung.
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In Fig. 1 sind ein Kraftfahrzeug als Ersatzmasse 1, ein Fahrzeugrad
2, eine Fahrzeugfederung 3 und ein zu prüfender Schwingungsdämpfer 4 schematisch
dargestellt. Das Fahrzeugrad 2 ruht hierzu auf einer Radaufstandsplatte 5.
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Der Prüfstand selbst besteht aus einer Grundplatte 6 und einem Seitenteil
7, an dem zwei Parallelführungsfedern 8 an ihren einen Enden eingespannt sind.
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An den anderen Enden der Parallelführungsfedern b ist ein Gehäuse
9 vorgesehen, in welchem eine Welle 10 eines Schwingungserregers angeordnet ist.
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Als Schwingungserreger können zwei Unwuchterreger 11 auf beiden Seiten
des Gehäuses 9 vorgesehen sein. Die Welle 10 wird über eine Kardanwelle 12 von einem
Antriebsmotor 13 angetrieben. Im Gehäuse 9 sind außerdem zwei Parallelführungsfedern
14 vorgesehen, in deren Mitte ein zweites Gehäuse 15 angeordnet ist. Dieses Gehäuse
weist eine Abdeckplatte 16 auf und stellt die Verbindung beider Parallelführungsfedern
14 her. Auf der Abdeckplatte 16 ist die Radaufstandsplatte 5 befestigt.
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Zwischen der Querverbindung des ersten Gehäuses 9 und der einen Parallelführungsfeder
14 ist ein Kraftwertaufnehmer 17 für die dynamische Radaufstandskraft angeordnet.
Dieser kann durch eine Einrichtung 18 vorgespannt werden. Zwischen dem ersten Gehäuse
9 und der Grundplatte 6 ist ein Geschwindigkeitsaufnehmer 19 für die Schwinggeschwindigkeit
der Radaufstandsplatte vorgesehen.
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Eii einstellbare Feder 20 kann zwischen der Grundplatte 6 und dem
zweiten Gehäuse 15 zur Aufnahme und Kompensierung des Fahrzeuggewichtes vorgesehen
sein.
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Auf der anderen Seite des Antriebsmotors 13 ist ein Impulsgeber 21
vorgesehen, der pro Umdrehung mindestens einen Impuls abgibt. Der Impulsgeber 21
ist so angeordnet, daß er den Impuls um 900 versetzt zu der Unwuchtmasse bzw. zum
Unwuchterreger 11 abgibt.
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Die Auswerteschalfjng in Fig. 2 besitzt Anpassungsverstärker 22 und
23, welche die vom Kraftwertaufnehmer 17 und dem Geschwindigkeitsaufnehmer 19 kommenden
elektrischen Signale in belastungsunabhängige Spannungen mit gewünschten Pegeln
umsetzen. In nachfolgenden Speichern 24, 25, 26 und 27 werden die positiven und
negativen Spitzenwerte gespeichert und in darauffolgenden Addierern 28 und 29 addiert.
Die Ausgänge der Addierer 28 und 29 werden einem Dividierer 30 zugeleitet, der die
Quotientenbildung von Radaufstandskraft und Schwinggeschwindigkeit der Radaufstandsplatte
durchführt. Ztir Anzeige dieses Quotienten, der bei Messung der Radaufstandskraft
und der Schwinggeschwindigkeit im Resonanzpunkt den Impedanzwert des Schwingungsdämpfers
angibt, ist ein Anzeigegerät 31 am Dividierer 30 angeschlossen.
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Mit Hilfe eines Meßwertkomparators 32 und eines einstellbaren Grenzwertpotentiometers
33 ist eine Gut-Schlecht-Anzeige mittels Lampen 34 und 35 möglich.
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Die Schaltung, in der der Wendepunkt des Phasenganges der Schwingungsgeschwindigkeit
der Radaufstandsplatte oder der dynamischen Radaufstandskraft gegenüber der Erregerschwingung
ermittelt wird, weist einen Komparator 36 auf, der das Geschwindigkeitssignal, das
vom Geschwindigkeitsaufnehmer 19 kommt, kompariert und einer Vergleichsschaltung
37 zuleitet.
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An die Vergleichsschaltung 37 ist weiterhin der Impulsgeber 21 angeschlossen,
der pro Umlauf des Antriebsmotors 13 bzw. der Welle 10 einen Impuls liefert. Die
Impulse des Impulsgebers 21 werden in einem Impulsformer 38
vorbereitet.
Der Vergleichsschaltung 37 ist eine Flip-Flopschaltung 39 als Aktivierungsschaltung
nachgeschaltet.
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Dem Komparator 36, in welchem das Geschwindigkeitssignal kompariert
wird, ist eine Korrekturschaltung 40 vorgeschaltet, welche das Geschwindigkeitssignal
symmetriert.
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Zur Steuerung der Auswertschaltung und des Antriebsmotors 13 des Schwingungserregers
ist eine Rampenschaltung 42 vorgesehen, die von der Flip-Flopschaltung 39 angesteuert
werden kann. Zur Aktivierung der Flip-Flopschaltung 39 ist ein Taster 41 vorgesehen.
Zur Überwachung der Rampenspannung sind zwei Komparatoren 43 und 44 an den Ausgang
der Rampenschaltung 42 gelegt. Ferner ist zum Hochfahren des Antriebsmotors 13 auf
maximale Drehzahl eine Motor-Regler-Ansteuerung 45 vorgesehen.
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Die Betriebsweise des in den Figuren dargestellten Prüfgerätes ist
die folgende: Beim Betätigen des Tasters 41 wird der Antriebsmotor 13, welcher den
Unwuchterreger 11 in Umlauf versetzt, über die Motor-Regler-Ansteuerung 45 auf maximale
Drehzahl gefahren. Gleichzeitig werden bei diesem Startsignal die in den Speichern
24-27 gespeicherten Werte des vorangegangenen Meßlaufes gelöscht und die Anlaufverriegelung
der Flip-Flopschaltung 39.in Kraft gesetzt (Fig. 4). Nach dem Absinken der Spannung
der Rampenschaltung 42 auf einen bestimmten Wert schaltet der Komparator 44 die
Speicher 24-27 auf "Löschen-Ende". Nach weiterem Absinken der Rampenspannung schaltet
der zweite Komparator 43 die Anlaufverriegelung der Flip-Flopschaltung 39 aus.
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Ia Fig. 3 ist der Phasengang des Geschwindigkeitssignals gegenüber
dem vom Impulsgeber 21 abgegebenen und durch den Impulsformer 38 aufbereiteten Vergleichssignals
wiedergegeben. Beim Hochfahren des Antriebsmotors 13 auf maximale Drehzahl, d. h.
auf überkritische Drehzahl, kann der Phasenversatz zwischen dem Impulsgeber und
dem Geschwindigkeitssignal unter Umständen 900 betragen, wenn der Impulsgeber 21
um 900 gegenüber der Erregerkraft der Unwuchterreger 11 versetzt ist.
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Wenn die Rampenspannung durch 0 V geht, tritt der Drehzahlabfall des
Antriebsmotors 13 ein. Der Phasenversatz (Fig. 3) bewegt sich dann in Richtung auf
den Wendepunkt zu. Da der Impulsgeber 21 gegenüber der 0 Kraftrichtung der Erregerunwuchten
11 um 90 versetzt ist, erscheint am Ausgang der Vergleichsschaltung 37 ein Impuls,
wenn der Phasenversatz genau 900 im schwingenden System beträgt. Hier liegt auch
der Wendepunkt der Phasenversatzkurve und damit die Eigenfrequenz des schwingenden
Systems (Fig. 3).
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Am Ausgang der Phasenvergleicherschaltung 37 erscheint im Resonanzfall
ein Signal, durch welches die Flip-Flopschaltung 39 umgeschaltet und die Rampenschaltung
42 zurückgesetzt wird. Gleichzeitig wird der Antriebsmotor 13 abgeschaltet und die
Augenblickswerte für die Radaufstandskraft und die Schwingungsgeschwindigkeit der
Radaufstandsplatte 5, welche von den Gebern 17 und 19 geliefert werden, werden in
den Speichern 24-27 gespeichert und anschließend an den Dividierer 30 über die Addierer
28 und 29 weitergeleitet. Der im Dividierer 30 ermittelte Quotient wird dann am
Anzeigegerät 31 angezeigt. Der angezeigte Wert ist ein direkter Wert für die Impedanz
bzw. für die Dämpfung des Schwingungsdämpfere 4. Die Speicher 24-27 sind jeweils
mit einer Entladeschaltung versehen, die während der Meßzeit, d. h. während der
Zeit zwischen dem Löschen und
dem Speicher- bzw. Abschaltbefehl,
der bei Resonanz von der Flip-Flopschaltung 39 ausgelöst wird, dafür sorgt, daß
der gespeicherte Spitzenwert dem tatsächlichen Spitzenspanr mgsveriauf der Hüllkurve
folgt Der Phasenvergleichsschaltung 37 wird ein symmetriertes Geschwindigkeitssignal
zugeführt. Die Symmetrierung erfolgt in der Korrektur schaltung 40, wobei die halbe
Differenz der Beträge des positiven und des negativen Teiles der gespeicherten Spitzenspannung
dem unsymmetrierten Geschwindigkeitssignal, das vom Geschwindigkeitsaufnehmer 19
kommt, hinzuaddiert wird. Hierdurch wird die Unsymmetrie des Fahrzeugsystems im
Resonanzfall, welche durch unterschiedliche Zugstufen des Stoßdämpfers vorhanden
sein kann, ausgeglichen.