(57)【要約】  第１の部材と、第２の部材と、第１の締付部材と、第２の締付部材と、アクチュエータとを有する荷重装置が提供される。第１の部材は第１の面を有しており、第１の面は試験片の第１の側に接する。第２の部材は、試験片の第２の側に接するための第２の面を有する。第１の締付部材は、試験片の第２の側に接するための第１の締付面を有する。第２の締付部材は第２の部材に固定されている。アクチュエータは、第２の部材を第１の部材から離れる第１の方向と、第１の部材に向かう第２の方向に駆動する所定の力を加える。
2013516634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側及び第２の側を有しかつ第１の側が概して第２の側の反対側である試験片のための荷重装置において、
第１の面を有する第１の部材が設けられており、第１の面が試験片の第１の側に接するように構成されており、
第１の部材に固定されかつ第１の締付面を有する第１の締付部材が設けられており、前記第１の締付面が試験片の第２の側に接するように構成されており、第１の締付面が第１の長手方向軸線を規定しており、
試験片の第２の側に接するように構成された第２の面を有する第２の部材が設けられており、
第２の部材に固定されかつ第２の締付面を有する第２の締付部材が設けられており、第２の締付面が、試験片の第１の側に接するように構成されており、第２の締付面が、第１の長手方向軸線に対して概して垂直に位置決めされた第２の長手方向軸線を規定しており、
第２の部材に接続されており、かつ該第２の部材を第１の部材から離れる第１の方向と、第１の部材に向かう第２の方向とに駆動するために所定の力を加えるように構成されたアクチュエータが設けられており、
第２の締付部材は、第２の部材が第１の方向に駆動される時に試験片に所定の力を加えるように構成されており、第２の部材は、第２の部材が第２の方向に駆動される時に試験片に所定の力を加えるように構成されていることを特徴とする、荷重装置。
【請求項２】
第１の部材及び第２の部材の第１の面及び第２の面がそれぞれ、第３の長手方向軸線及び第４の長手方向軸線を規定しており、第３の長手方向軸線及び第４の長手方向軸線が互いに概して垂直である、請求項１記載の荷重装置。
【請求項３】
第１の締付部材と、第２の締付部材とは、所定の力が試験片に加えられた時に試験片に曲げモーメントを生ぜしめるように協働するように位置決めされている、請求項１記載の荷重装置。
【請求項４】
前記アクチュエータが、第２の部材に所定の周波数値で所定の力を加えるように構成されている、請求項１記載の荷重装置。
【請求項５】
前記所定の周波数値は調節可能であり、かつ試験片に関連した往復機関の回転速度に概して相関しており、前記所定の力は調節可能であり、かつ往復機関のコネクティングロッドに加えられる横荷重に概して相関している、請求項４記載の荷重装置。
【請求項６】
前記所定の周波数値が、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚである、請求項４記載の荷重装置。
【請求項７】
前記所定の周波数値が、試験片の固有周波数とほぼ等しい、請求項４記載の荷重装置。
【請求項８】
前記所定の力が、約２ｋＮ〜約３０ｋＮである、請求項４記載の荷重装置。
【請求項９】
前記試験片が、コネクティングロッドのクランクシャフト端部である、請求項１記載の荷重装置。
【請求項１０】
コネクティングロッドのクランクシャフト端部が、分割線を生じるように軸線に沿って分割されており、第１の長手方向軸線が分割線と概して平行に整合させられている、請求項９記載の荷重装置。
【請求項１１】
前記クランクシャフト端部が、少なくとも１つの締結具によって分割線において結合保持されている、請求項１０記載の荷重装置。
【請求項１２】
第１の締付部材と、第２の締付部材とは、所定の力がコネクティングロッドに加えられた時に分割線を中心とする曲げモーメントを生ぜしめるように協働するように位置決めされている、請求項１０記載の荷重装置。
【請求項１３】
第１の部材の第１の面及び第２の部材の第２の面の幅がそれぞれ約２ｍｍ〜約３ｍｍであり、前記幅は、第１の面及び第２の面の第１の長手方向軸線及び第２の長手方向軸線のそれぞれに対して概して垂直に測定されたものである、請求項１記載の荷重装置。
【請求項１４】
第１の側及び第２の側を有しかつ第１の側が概して第２の側の反対側である試験片のための荷重装置において、試験片が、ねじ山付きの締結具を用いて固定された２つの構成部材を有しておりかつ該２つの構成部材の間に分割部を規定しており、前記荷重装置に、
第１の面を有する第１の部材が設けられており、第１の面が試験片の第１の側に接するように構成されており、
第１の部材に固定されかつ第１の締付面を有する第１の締付部材が設けられており、前記第１の締付面が試験片の第２の側に接するように構成されており、第１の締付面が第１の長手方向軸線を規定しており、
試験片の第２の側に接するように構成された第２の面を有する第２の部材が設けられており、
第２の部材に固定されかつ第２の締付面を有する第２の締付部材が設けられており、第２の締付面が試験片の第１の側に接しており、第２の締付面が、第１の長手方向軸線に対して概して垂直に位置決めされた第２の長手方向軸線を規定しており、
第２の部材に接続されたアクチュエータが設けられており、該アクチュエータは、第１の締付部材と第２の締付部材とが、試験片の２つの構成部材の間のスプリットに対して概して平行に整合させられたモーメント軸線を中心にして試験片に曲げモーメントを生ぜしめるように、第２の部材に所定の力を加えることを特徴とする、荷重装置。
【請求項１５】
第１の部材及び第２の部材の第１の面及び第２の面がそれぞれ、第３の長手方向軸線及び第４の長手方向軸線を規定しており、第３の長手方向軸線及び第４の長手方向軸線が互いに対して垂直である、請求項１４記載の荷重装置。
【請求項１６】
所定の力が、第２の部材に所定の周波数で加えられ、該所定の周波数値は調節可能であり、かつ試験片に関連した往復機関の回転速度に概して相関しており、前記所定の力は調節可能であり、かつ往復機関のコネクティングロッドに加えられる横荷重に概して相関している、請求項１４記載の荷重装置。
【請求項１７】
所定の周波数値が、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚである、請求項１４記載の荷重装置。
【請求項１８】
所定の力が、約２ｋＮ〜約３０ｋＮである、請求項１４記載の荷重装置。
【請求項１９】
試験片が、コネクティングロッドのクランシャフト端部である、請求項１４記載の荷重装置。
【請求項２０】
試験片に荷重をかける方法において、
第１の面を有する第１の部材を提供し、前記第１の面は試験片の第１の側に接し、
試験片の第２の側に接するように第１の締付部材の第１の締付面を位置決めし、第１の締付部材は第１の部材に固定されており、第１の締付面は第１の長手方向軸線を規定しており、
第２の面を有する第２の部材を提供し、第２の面は、概して第１の側と反対側の試験片の第２の側に接し、
試験片の第１の側に接するように第２の締付部材の第２の締付面を位置決めし、第２の締付部材は第２の部材に固定されており、第２の締付面は、第１の長手方向軸線に対して概して垂直に位置決めされた第２の長手方向軸線を規定しており、
第２の部材を第１の方向に駆動する所定の力を加え、前記第１の方向は第１の部材から離れる方向であり、
第２の部材が第１の方向に駆動される時に第２の締付部材が試験片に所定の力を加えることを特徴とする、試験片に荷重をかける方法。
【請求項２１】
第２の部材を第２の方向に駆動する所定の力を加え、前記第２の方向は第１の部材に向かう方向であり、第２の部材が第２の方向に駆動される時に第２の部材が試験片に所定の力を加える、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
第１の方向及び第２の方向で所定の力が試験片に加えられる時に試験片に曲げモーメントを生ぜしめる、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
往復機関のコネクティングロッドに加えられる横荷重に概して相関するように所定の力を調節し、
該所定の力を所定の周波数で加え、該周波数が、往復機関の回転速度に概して相関している、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷重装置、特に試験片に所定の力を加える荷重装置に関する。
【０００２】
背景
従来の内燃機関は、燃焼動力をピストン本体からエンジンのクランクシャフトへ伝達するためのコネクティングロッドに依存し、これにより、ピストン本体の線形運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。コネクティングロッドは、クランクシャフト又はクランクシャフトを包囲する大端部と、ピストンピン又はピストン又はリストピンを収容する小端部とを有する。クランクシャフトへの取付けを容易にするために、コネクティングロッドのクランクシャフト端部は２つの部分に分割されてよい。第１の部分はコネクティングロッドの本体の部分であるのに対し、第２の部分は第１の部分に固定された別個のキャップである。第１の部分は、キャップに設けられた穴を貫通して、第１の部分に設けられたねじ穴に係合する締結具によってキャップに固定されていてよい。
【０００３】
エンジンの運転中、キャップをコネクティングロッドのクランクシャフト端部に固定する締結具は、時に穴から緩んだり又は分離したりする。特に、締結具の分離は、締結具の予荷重、ねじ山の幾何学的形状及びコーティング等の要因に依存する。その他の要因は、毎分回転数（ＲＰＭ）、共振周波数、及び、クランクピン及び／又はクランクスローの曲がり及びクランクピン対シリンダの不整合によって生ぜしめられる、コネクティングロッドに加えられる横荷重等のエンジンパラメータも含んでよい。したがって、コネクティングロッドは通常、試験を受けるが、この試験において、コネクティングロッドは、エンジンの通常運転寿命の間締結具が穴に固定されたままであることを保証するための努力として、例えば不利な運転条件を模擬しながらエンジン内で作動させられる。試験中、エンジンは、締結具がコネクティングロッドのクランクシャフト端部の第１の部分に固定されたままであることを保証するために、少なくとも数百時間の間運転されてよい。しかしながら、このタイプの試験を行うためにエンジンを長期間運転することは、時間を費やすとともにコストがかかる。なぜならば、長期間エンジンを運転することは通常、エンジンに動力を与えるために大量の燃料を必要とするからである。エンジン組立ての複雑さは、試験結果を反復する困難さにもつながる。なぜならば、試験エンジンは、コネクティングロッドのための同一の運転条件を正確に再現しないからである。さらに、多くのエンジン構成部材又はエンジン全体を、試験後に交換する必要がある。さらに加えて、汚染物が生ぜしめられ、この汚染物は、異なる機構を用いて最小限に減じることができる。
【０００４】
したがって、往復機関の運転中にコネクティングロッドのクランクシャフト端部において生じる荷重条件を模擬する装置を提供することが必要とされている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】試験片を含んだ荷重アセンブリの斜視図である。
【図２】荷重アセンブリ及び試験片の部分的に分解された図であり、荷重アセンブリは、第１の部材と、第２の部材と、第１の締付部材と、第２の締付部材とを有する。
【図３Ａ】荷重装置の第１の締付部材と第２の締付部材との間に締め付けられた試験片の、部分的に切り取られた平面図である。
【図３Ｂ】荷重装置の第１の締付部材と第２の締付部材との間に締め付けられた試験片の、部分的に切り取られた平面図である。
【図４】典型的な試験片の、部分的に分解された図である。
【図５】荷重装置によって試験片に力を加えるための典型的なプロセスのプロセスフローチャートである。
【０００６】
詳細な説明
ここで以下の説明及び図面を参照すると、開示されたシステム及び方法への例示的なアプローチが詳細に示されている。図面は幾つかの可能なアプローチを示しているが、図面は必ずしも実寸ではなく、本開示をより分かりやすく例示及び説明するために、幾つかの特徴は誇張、排除又は部分的に断面されている。さらに、ここに示された説明は、網羅的であること又はさもなければ請求の範囲を、図面に示されかつ以下の詳細な説明に開示された形態及び構成そのものに制限又は限定することを意図するものではない。
【０００７】
さらに、以下の説明に多数の定数が導入される場合がある。幾つかの場合、定数の例示的な値が提供される。別の場合、特定の値は与えられない。定数の値は、関連するハードウェアの特性及びこのような特性の互いの相関関係、並びに開示されたシステムに関連する環境的条件及び運転条件に依存する。
【０００８】
図１は、試験片３０を締め付ける典型的な荷重装置２０を示している。試験片３０は、コネクティングロッドとして示されており、第１の側２８と第２の側３２とを有しており、第１の側２８は概して第２の側３２の反対側である。荷重装置２０は、第１の部材３４と、第２の部材３６と、第２の部材３６と機械的に接続したアクチュエータ３８とを有する。第１及び第２の部材３４及び３６は、試験片３０を荷重装置２０内の所定の位置に締め付ける固定具であってよい。概して図１及び図２を参照すると、荷重装置２０は、２対の締付部材と、１対の第１の締付部材若しくはクランプ７２と、１対の第２の締付部材若しくはクランプ７４とを有する。第１の対のクランプ７２は第１の締結具７８によって第１の部材３４に接続されていてよく、第２の対のクランプ７４は第２の締結具８０によって第２の部材３６に固定して取り付けられてよい。さらに加えて、締付部材７４と第２の部材３６との間の所定の間隔を規定するスペーサ９０が設けられている。したがって、第１及び第２の締結具７８，８０並びにスペーサ９０は概して、例えば様々なサイズの試験片又はコネクティングロッドを収容するために、締付部材７２，７４及び部材３４，３６それぞれの相対的な位置の調節を許容する。
【０００９】
図１を参照すると、第１の部材３４は概して荷重セル６８を介して、定置のビーム７０を有するフレームに固定されている。アクチュエータ３８は、第２の部材３６を、第１の部材３４から離れる方向である第１の方向５０と、第１の部材３４に向かう方向である第２の方向５２とに駆動する。特に、アクチュエータ３８は、第２の部材３６と機械的に接続されていてよく、アクチュエータ３８は、第２の部材３６が第１の方向５０及び第２の方向５２に駆動されるときに第２の部材３６に所定の力を加える。荷重装置２０の分解図である図２を参照すると、第１の部材３４は、組み立てられた荷重装置２０において試験片３０の第１の側２８に接する第１の面６０を有する。図２に最も分かりやすく示したように、第１の面６０は、細長くてよく、第１の面６０に関して長手方向である第１の長手方向軸線Ａ１−Ａ１を規定している。第２の部材３６は、第２の面６２を有しており、この第２の面６２は細長くてよく、これにより第２の面６２は、第２の面６２に関して長手方向に延びた第２の長手方向軸線Ａ２−Ａ２を規定している。第２の面６２は、概して第１の面６０に対して垂直に位置決めされていてよく、組み立てられた荷重装置２０において試験片３０の第２の側３２に接する。つまり、第１の面６０は、第１の長手方向軸線Ａ１−Ａ１が第２の面６２の第２の長手方向軸線Ａ２−Ａ２に対して概して垂直であるように位置決めされていてよい。つまり、第１の面６０及び第２の面６２は、以下でさらに説明するように、試験片３０に、概して互いに直交するそれぞれのエッジ荷重を加えるように構成されている。第１の対の締付部材７２は第１の締付面８２を有しており、第２の対の締付部材７４は第２の締付面８４を有している。第１の対の締付部材７２は長手方向軸線Ａ３−Ａ３を規定するように協働するのに対し、第２の対の締付部材は長手方向軸線Ａ４−Ａ４を規定するように協働し、この場合、それぞれの軸線Ａ３−Ａ３，Ａ４−Ａ４は概して互いに垂直である。荷重装置２０に組み付けられると、第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接触し、第２の締付面８４は試験片３０の第１の側２８に接する。
【００１０】
図１を参照すると、第２の締付面８４は、第２の部材３６の第２の面６２と概して整合させられ、第２の部材３６は、荷重装置２０が組み立てられた時に第２の対の締付部材７４に固定して取り付けられる。したがって、軸線Ａ２−Ａ２，Ａ４−Ａ４は概して互いに平行に整合させられる。第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接触し、概して第２の締付面８４に対して垂直に位置決めされる。第２の部材３６が第１の部材３４から離れる方向に、つまり図１に示された第１の方向５０に駆動されると、第２の対の締付部材７４は試験片３０に所定の力を加える。第２の部材３６が第１の部材に向かって第２の方向５２に駆動されると、第２の部材３６は試験片３０に所定の力を加える。第２の対の締付部材７４及び第２の部材３６は、試験片３０に曲げモーメントを生ぜしめるように試験片３０に所定の力を加える。つまり、これらの曲げモーメントは、後でさらに説明するように、所定のものである。所定の力は、所定の周波数でアクチュエータ３８から第２の部材３６へ伝達される。
【００１１】
荷重装置２０の１つの例示において、所定の周波数の値は調節可能であり、概して、関連する往復機関の回転速度、例えばＲＰＭに相関している。より具体的には、所定の周波数は、コネクティングロッドが典型的な往復機関において特定のＲＰＭで作動しているときに生じるのとほぼ同じ周波数を実質的に模擬する。所定の周波数値は、様々なＲＰＭ値を示すように調節することができる。往復機関は、例えば内燃機関のような、１つ又は２つ以上の往復するピストンを有するあらゆる形式のエンジンから選択される。
【００１２】
所定の力及びその結果生じる曲げモーメントの値も、調節可能であり、往復機関のコネクティングロッドに加えられる横荷重に概して相関している。より具体的には、所定の力は、往復機関において運転しているときにコネクティングロッドのクランクシャフト端部が生じる荷重を実質的に模擬する。横荷重は通常、幾つかの往復機関において生じるクランクピン曲がり及びクランクピン対シリンダ不整合によって生ぜしめられる。これは、往復機関が通常、クランクピン及び／又はクランクスローにおけるある程度の曲がりと、ある程度のクランクスロー対シリンダ不整合を有するからである。
【００１３】
横荷重は、コネクティングロッドと共に運転する対応するシリンダの軸線に対して概して垂直な、コネクティングロッドのクランクシャフト端部に加えられる荷重として定義される。横荷重は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部と接続されたクランクシャフトの長手方向軸線に関して概して平行でもある。アクチュエータ３８によって試験片３０に加えられる所定の力は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部に加えられる横荷重に相当する。したがって、試験片３０は、往復機関内で特定の運転条件で運転されるコネクティングロッドのクランクシャフト端部に加えられるものとほぼ同じ荷重を模擬する努力において、所定の力が所定の周波数で試験片３０に加えられながら、試験片３０は荷重装置２０に配置される。所定の力は、所定の周波数値から独立して調節されるが、所定の力は、所定の周波数値に関連して調節されてもよい。
【００１４】
荷重装置２０の１つの典型的な例示において、所定の力は約２ｋＮ〜約３０ｋＮであり、所定の周波数値は約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚである。所定の荷重周波数は、毎分回転数（ＲＰＭ）としての機関往復速度を１２０で割ったもので表しており、この場合、エンジンＲＰＭはまず値６０で割られ、ＲＰＭ値を毎秒サイクル（Ｈｅｒｚ）に変換する。次に、この値が、値２で割られる。なぜならば、４ストローク機関ではクランク２回転ごとに一回の動力サイクルが行われるからである。２ストローク機関用途の場合、２で割る最後のステップは不要である。なぜならば、機関の各回転ごとに動力サイクルが行われるからである。１つの特定の例として、１つの例示において、機関速度は約４０００ＲＰＭであり、これは約３３Ｈｚに相当する。
【００１５】
さらに続けて図１を参照すると、荷重装置２０は締め付けられた位置において示されており、この場合、第１及び第２の面６０及び６２はそれぞれ試験片３０の第１及び第２の側２８及び３２に接触している。図１は第２の部材３６の上方に位置決めされた第１の部材３４を示しているが、荷重装置２０は反対方向に、つまり第２の部材３６が第１の部材３４の上方に位置決めされるように配置されてもよいし、側方に配置されてもよいし、又は好都合なあらゆるその他の配置で配置されてもよい。
【００１６】
図２を参照すると、第１及び第２の面６０及び６２は、概して狭い幅Ｗを有する概して長手方向に向けられた面であってよく、この場合、面６０及び６２の幅Ｗは、試験片３０にエッジ荷重を加えるように寸法決めされている。１つの典型的な例では、第１及び第２の面６０及び６２は、約２ｍｍ〜３ｍｍの幅Ｗを有する。第１の締付面８２及び第２の締付面８４も同様であり、エッジ荷重を加えるために寸法決めされた幅Ｗ′を有する概して長手方向に向けられた面を備える。１つの典型的な例において、第１及び第２の締付面８２及び８４も、約２ｍｍ〜３ｍｍの幅を有する。
【００１７】
図１は、概して第２の部材３６に対して垂直に位置決めされた第１の部材３４を示している。アクチュエータ３８は、例えば空圧式又は液圧式に作動させられるアクチュエータのような、特定の周波数で所定の力を加えるあらゆるタイプのアクチュエータであってよい。図１は、軸６６によって第２の部材３６と接続したアクチュエータ３８も示しているが、アクチュエータ３８は、一連のリンクを介して第２の部材３６と接続していてもよい。その代わりに、アクチュエータ３８は、第２の部材３６と直接に接続されていてもよく、軸６６は省略されてもよい。
【００１８】
第１の部材３４は、荷重セル６８に隣接して概して固定された位置にあってよく、荷重セル６８は定置のビーム７０に当て付けて位置決めされている。荷重セル６８は、アクチュエータ３８によって第１及び第２の部材３４及び３６に加えられる張力及び圧縮力を測定する。荷重セル６８は、データ取得システム（図示せず）と電気通信していてよく、この場合、荷重セル６８は、張力及び圧縮力データをデータ取得システムに通信する。定置のビーム７０は、第１の部材３４に対する支持を提供し、これにより、第１の部材３４は、アクチュエータ３８が第１の方向５０に所定の力を加えるときに概して定置のままであることができ、アクチュエータの荷重によって生ぜしめられるあらゆる撓みが、概して試験片３２に限定されるように強制する。
【００１９】
第１の対の締付部材７２はそれぞれ第１の部材３４に組み付けられており、第２の対の締付部材７４はそれぞれ第２の部材３６に組み付けられている。これにより、第１の対の締付部材７２は選択的に第１の部材３４に固定され、第２の対の締付部材７４はそれぞれ選択的に第２の部材３６に固定される。第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接触し、第２の締付面８４は試験片３０の第１の側２８に接触する。第１の締結具７８は、螺合によって第１の部材３４に結合されており、この場合、第１の締結具７８は、第１の部材３４の第１の開口８８と、締付部材７２の第１の対の第１の開口８９とに係合する（図１及び図２）。第２の締結具８０も、螺合によって第２の部材３６に固定結合されており、この場合、第２の締結具８０は、第２の部材３６の第２の開口８５と、第２の締付部材７４の開口８７とに係合している（図１及び図２）。
【００２０】
第２の締結具８０はスペーサ９０を有しており、これらのスペーサ９０は第２の対の締付部材７４を第２の部材３６に固定結合している。つまり、スペーサは第２の対の締付部材７４を第２の部材３６に固定結合しており、これにより、第２の対の締付部材７４は第２の部材３６から所定の距離Ｄに位置決めされる。所定の距離Ｄは、アクチュエータ３８が第２の部材を第１の方向５０及び第２の方向５２に駆動するときに概して一定のままである。スペーサのおかげで、第２の対の締付部材７４は試験片３０を第２の部材３６に固く締め付けることができる。これに対して、第１の締結具７８は、第１の対の締付部材７２が第１の部材３４に対して調節されることができるように、つまり例えば様々な厚さを有する試験片を取り付けることができるように、ねじ山付きボルトであってよい。
【００２１】
図３Ａは、第１の部材３４と第２の部材３６との間で荷重をかけられた試験片３０の、部分的に断面した図である。試験片３０はコネクティングロッドとして例示されており、コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２は、ここでは垂直として例示された所定の向きで第１の部材３４と第２の部材３６との間に締め付けられている。コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２は、叩き割り分割タイプのコネクティングロッドとして例示されており、コネクティングロッドは、軸線Ｂ−Ｂ（図４に示されている）に沿って分割されており、分割線９４を生じている。叩き割りタイプ分割線９４は、一般的に、コネクティングロッドが、クラッキングとして一般的に知られる製造作業において２つの片に叩き割られた時に生ぜしめられる。特に、コネクティングロッドは、第１の部分９６と、第２の部分若しくはキャップ９８とに叩き割られてよい。第１の部分９６及びキャップ９８は、ボルトとして例示された締結具１００によって、分割線９４において結合保持されてよい。コネクティングロッドは、ピストンピン端部９３が荷重装置２０において概して自由なままである状態で例示されており、ピストンピン端部９３は概して荷重装置２０において試験されない。一例において、ピストンピン端部９３は、荷重装置２０に配置される前にコネクティングロッドから除去されてもよい。
【００２２】
図３Ａは、クラッキングによって生ぜしめられた分割線９４を備えたコネクティングロッドを例示しているが、分割線９４は例えばスプリットマシニングのような他の製造作業によって生ぜしめられてもよいことに留意すべきである。しかしながら、コネクティングロッドの叩き割られた部分は、マシニングと比べて、組み立てられた時により正確な嵌合を生じるので、クラッキングによって生ぜしめられた分割線９４を有するのが有利である。さらに加えて、叩き割り又は分割線を備えないコネクティングロッドが試験されてもよい。
【００２３】
第２の部材３６の第２の面６２の長手方向軸線Ａ２−Ａ２（図２に最も分かりやすく示されている）は、分割線９４に対して概して垂直に示されているのに対し、第１の部材３４の第１の面６０の長手方向軸線Ａ１−Ａ１（図２に最も分かりやすく示されている）は、分割線９４に対して概して平行にかつ分割線９４と接するように示されている。第２の部材３６が、第１の部材３４に向かって第２の方向５２（図１に示されている）に所定の力を加える時、第１の部材３４は相対的に定置のままであるのに対し、第２の部材３６及び第２の面６２は、試験片３０に所定の力を加える。第１及び第２の部材３４及び３６の相対移動は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２に第１の曲げ運動を生ぜしめ、その際、分割線９４においてはほぼゼロの変位が生じ、コネクティングロッドの長手方向軸線Ｌ−Ａにおいてほぼ最大の変位が生じる。すなわち、クランクシャフト端部９２の曲げ運動は、第２の部材３６が試験片３０に力を加えるので、クランクシャフト端部９２の叩き割り分割線９４においてほぼ最小値を有し、コネクティングロッドの長手方向軸線Ｌ−Ａにおいてほぼ最大値を有する。つまり、試験片３０の第１の曲げ運動は、試験片３０のキャップ部分９８と第１の部分９６との間の境界面、例えば分割線９４、に対して概して平行に整合させられたモーメント軸線Ｂ−Ｂ（図４に示されている）を中心とした曲げモーメントを与える。
【００２４】
図３Ｂは、第１の締付面８２を有する第１の対の締付部材７２のうちの一方と、第２の締付面８４を有する第２の対の締付部材７４のうちの一方との間で荷重をかけられた試験片３０を示している。荷重装置２０（図１）に組み付けられたとき、第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接し、第２の締付面８４は試験片３０の第１の側２８に接する。第２の部材３６が第１の方向５０（図１）に駆動されると、第２の締付面８４は試験片３０に所定の力を加え、この場合、第２の締付面８４は、試験片３０の反対側に配置された第２の面６２と概して整合させられており（図３Ａ）、分割線９４に対して概して垂直に位置決めされている。第２の部材３６（図３Ａ）が第１の方向５０に駆動されると、第１及び第２の対の締付部材７２，７４の相対移動の結果、第１の締付面８２は第２の締付面８４に対して並進させられる。
【００２５】
第１及び第２の対の締付部材７２，７４の相対移動は、前述のフラクチャ分割線９４を中心として試験片３０に曲げモーメントを生ぜしめる。さらに、第１及び第２の対の締付部材７２，７４の相対移動は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２に第２の曲げ運動をも生ぜしめる。試験片３０における第２の曲げ運動は、概して、第１及び第２の締付部材７２，７４の相対移動の間における第２の面６２と第２の締付面８４との間の長手方向軸線Ｌ−Ａに沿った試験片３０の拘束によって生じる。この第２の曲げ運動は、概して、モーメント軸線Ｂ−Ｂ、すなわち図３Ａに関して上述した第１の曲げ運動、に対して概して垂直な長手方向軸線Ｌ−Ａを中心とする試験片３０における第２の曲げ運動を生ぜしめる。
【００２６】
図２は、第１の面６０及び第１の軸線Ａ１−Ａ１を、第２の面６２及び第２の軸線Ａ２−Ａ２に対して概して垂直に示しているが、第１の面６０及び第２の面６２は、上述のように荷重装置２０が第１の曲げモーメントを加えるようにのみ向き付けられる必要がある。すなわち、第１の面６０及び第２の面６２は、互いに正確に垂直である必要はなく、第１の曲げモーメントが第１の試験片３０において分割線９４を中心として生ぜしめられるのに対し、第２の曲げモーメントが試験片３０においてコネクティングロッドの長手方向軸線Ｌ−Ａを中心にして生ぜしめられる程度にのみ垂直である必要がある。
【００２７】
荷重装置２０によって生ぜしめられる第１の曲げモーメント及び第２の曲げモーメントは、往復機関において作動している時にコネクティングロッドのクランクシャフト端部９２が受ける曲げモーメントと同じである。より具体的には、荷重装置２０の所定の力は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部が往復機関において受ける荷重及び曲げモーメントを模擬するので、コネクティングロッドのクランクシャフト端部において生ぜしめられる同じ曲げモーメントも生ぜしめられる。
【００２８】
図４は、コネクティングロッドとして示された、第１の部分９６をキャップ９８に結合する締結具１００を有する試験片３０の分解図である。締結具１００はねじ山１０２を有してよく、コネクティングロッドは収容開口１０４を有してよく、締結具１００が収容開口１０４によって収容される。特に、締結具１００は、キャップ９８における開口１０４のねじ山が設けられていない部分を貫通し、これにより、締結具１００のねじ山１０２は、第１の部分９６における開口１０４の内部の相補的なねじ山１０６に係合する。
【００２９】
荷重装置２０の作動中、第１及び第２の部材３４，３６並びに第１及び第２の対の締付部材７２，７４は、試験片３０に第１及び第２の曲げモーメントを生じる。第１及び／又は第２の曲げモーメントは、概して、コネクティングロッドが組み付けられている時に締結具１００と開口１０４のねじ山１０６との間の相対運動を生ぜしめる。締結具１００とねじ山１０６との相対移動は、コネクティングロッドが往復機関において作動する時に締結具１００が生じる緩みと同様に、所定の期間にわたって開口１０４から締結具１００を緩める傾向がある。締結具１００は、荷重装置２０が作動させられるときに所定の期間にわたって開口１０４から緩められる。したがって、荷重装置２０は、コネクティングロッドを試験する間、往復機関の代わりに使用される。１つの典型的な例において、所定の期間は、機関試験の場合には約１５０〜約４００時間であるが、その他の期間が使用されてもよい。それに比べて、１つの典型的な例において、荷重装置２０は、わずか４〜５時間の作動時間後に、場合によっては数分以内で締結具１００を緩めることができる。所定の期間は、締結具１００の予荷重、ねじ山の幾何学的形状及びコーティングといった様々な要因に依存する。所定の期間は、荷重装置２０が試験片３０に加える周波数及び荷重にも依存する。
【００３０】
荷重装置２０を使用することの１つの利点は、荷重装置は、一般的に、往復機関よりも、コネクティングロッドの試験中に使用するにはより経済的であるということである。コネクティングロッドの締結具１００における緩み現象を生ぜしめることに関する減じられた期間は上記で言及されている。さらに、機関アセンブリは、コネクティングロッドのための著しく異なる試験環境を生ぜしめ、したがって、エンジン設計が同じである場合にさえも再現することが極めて困難である。したがって、荷重装置２０は、往復機関と比較して、より単純な構成の結果、より再現可能な結果を保証する。さらに加えて、往復機関を数百時間運転することは、通常、エンジンに動力を供給するために大量の燃料を必要とする。往復機関を数百時間運転することは、高コストでもある。なぜならば、機関構成部材、又は機関全体さえもが、交換されなければならないからである。
【００３１】
特に図５を参照すると、往復機関の運転中にコネクティングロッドに生じる荷重を模擬するためにコネクティングロッドのクランクシャフト端部に曲げモーメントを生ぜしめるためのプロセス５００が記載されている。プロセス５００は概してステップ５０２において開始する。ステップ５０２において、第１の部材３４が提供され、第１の部材３４は、試験片３０の第１の側２８に接する第１の面６０を有する。図１〜図４において、試験片３０は、概して互いに向き合った第１の側２８と第２の側３２とを有するコネクティングロッドである。プロセス５００は次いでステップ５０４へ続く。
【００３２】
ステップ５０４において、第２の部材３６が提供され、第２の部材は、上述のように第１の面６０に概して垂直に位置決めされた第２の面６２を有する。第２の面は、組み立てられた荷重装置２０において試験片３０の第２の側３２に接する。図２を参照すると、第１の面６０及び第２の面６２は、概して、試験片３０にエッジ荷重を生ぜしめるように寸法決めされた幅Ｗを備えた長手方向に向けられた面である。１つの典型的な例において、第１の面６０及び第２の面６２は、約２ｍｍ〜約３ｍｍの幅を有し、この幅は、面６０，６２の長手方向に延びた軸線、例えば軸線Ａ１−Ａ１及びＡ２−Ａ２のそれぞれに対して概して垂直な方向で測定されたものである。プロセス５００は次いでステップ５０６へ続く。
【００３３】
ステップ５０６において、第１の締付面８２を有する第１の締付部材７２が試験片３０の第２の側３２に接するように位置決めされる。上述のように、第１の締付部材７２は第１の部材３４に固定されている。第１の締結具７８は、螺合によって第１の部材３４に結合され、第１の締結具７８は、第１の部材３４の第１の開口８８と、第１の締付部材７２の第１の開口８９とに係合する（図１及び図２）。プロセス５００は次いでステップ５０８へ続く。
【００３４】
ステップ５０８において、第２の締付面８４を有する第２の締付部材７４が試験片３０の第１の側２８に接するように位置決めされる。第２の締付面８４は、上述のように概して第１の締付面８２に対して垂直である。図１を参照すると、荷重装置２０に組み付けられると、第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接し、第２の締付面８４は試験片３０の第１の側２８に接する。第２の締付面８４は概して第２の部材３６の第２の面６２と整合させられ、第２の部材３６は、荷重装置２０が組み立てられた時に第２の締付部材７４に固定結合される。第１の締付面８２は試験片３０の第２の側３２に接し、第１の締付面６０に対して概して垂直に位置決めされる。第１の締付面８２及び第２の締付面８４は、概して、試験片３０にエッジ荷重を生ぜしめるように寸法決めされた幅Ｗ′を有する概して長手方向に向けられた面である。第１の面６０及び第２の面６２と同様に、幅Ｗ′は約２ｍｍ〜約３ｍｍである。プロセス５００は次いでステップ５１０へ続く。
【００３５】
ステップ５１０において、所定の力は、第２の部材３６を、第１の部材３４から離れるように第１の方向５０に駆動する。概して図１を参照すると、所定の力を第２の部材３６に伝えるために、アクチュエータ３８が使用される。上述のように、第２の部材３６が第１の方向５０に駆動されると、第２の締付面８４は所定の力を試験片３０に加え、第２の締付面８４は、概して、試験片３０の反対側に配置された第２の面６２と整合させられる（図３Ａ）。プロセス５００は次いでステップ５１２へ続く。
【００３６】
ステップ５１２において、所定の力は、第２の部材３６を、第１の部材３４に向かって第２の方向５２に駆動する。上述のように、第２の部材３６は所定の力を第１の部材３４に向かって第２の方向５２に加えるので（図１）、第１の部材３４は概して定置のままであり、これにより、試験片３０を拘束し、試験片３０に第１の曲げモーメント及び／又は第２の曲げモーメントを生ぜしめる。プロセス５００は次いでステップ５１４へ続く。
【００３７】
ステップ５１４において、所定の力を第１の方向５０及び第２の方向５２に加えられると試験片３０に曲げモーメントが生ぜしめられ、これにより、第１の曲げモーメント及び第２の曲げモーメントを生じる。特に、上述のように、第２の部材３６が第１の方向５０に駆動されると（図１）、第２の締付面８４は試験片３０に所定の力を加え、第２の締付面８４は、試験片３０の反対側に配置された第２の面６２と概して整合させられており（図３Ａ）、分割線９４に対して概して垂直に位置決めされている。第２の部材３６（図３Ａ）が第１の方向５０に駆動される時（図１）、第１の締付面８２は概して第２の締付面８４に対して概して定置である。したがって、第１の対の締付部材７２と、第２の対の締付部材７４との相対運動は、前記コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２に第１及び第２の曲げモーメントを生ぜしめる。
【００３８】
第２の部材３６は、第１の部材３４に向かって第２の方向５２に所定の力を加えるので（図１）、第２の部材３６が試験片３０に所定の力を加えながら第１の部材３４は相対的に定置のままである。第１の部材３４と第２の部材３６との相対移動は、コネクティングロッドのクランクシャフト端部９２に第１の曲げ運動を生ぜしめる。概して図３Ｂを参照すると、第１の曲げ運動は、分割線９４を中心にして、例えば前記モーメント軸線Ｂ−Ｂを中心にして試験片３０に生ぜしめられる。例えば、前記のように、第１の部材３４に対する第２の部材３６の移動は、第２の部材３６が試験片３０に力を加えるので、試験片３０の長手方向軸線Ｌ−Ａに沿った試験片３０の最大変位と、フラクチャ分割線９４における試験片３０の最小変位とを生ぜしめる。プロセス５００は次いでステップ５１６へ続く。
【００３９】
ステップ５１６において、往復機関のコネクティングロッドに加えられる横荷重に概して相関するように、所定の力は調節可能である。より具体的には、前記のように、所定の力は、往復機関において作動している時にコネクティングロッドが受けるのとほぼ同じ荷重を実質的に模擬し、横荷重は、一般的に、幾つかの往復機関において生じるクランクスロー曲がり及びクランクスロー対シリンダ不整合によって生ぜしめられる。これは、往復機関が、通常、クランクスローにおけるある程度の曲がりと、ある程度のクランクスロー対シリンダ不整合とを有するからである。荷重装置２０の１つの典型的な例において、所定の力約２ｋＮ〜約３０ｋＮである。プロセス５００は次いでステップ５１８へ続く。
【００４０】
ステップ５１８において、所定の周波数は、往復機関のＲＰＭに概して相関している。例えば、前記のように、所定の周波数は、往復機関において作動している時にコネクティングロッドが受けるのとほぼ同じ周波数を実質的に模擬する。所定の力は、所定の周波数とは独立して調節されてよいが、所定の力は、所定の周波数値に関して調節されてもよい。荷重装置２０の１つの典型的な例において、所定の周波数値は約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚである。プロセス５００は次いで終了する。
【００４１】
プロセス５００は、往復機関内で作動させられる試験片３０を模擬するために利用される荷重装置２０を記載しているが、荷重装置２０はその他の用途を有してもよい。荷重装置２０の１つの択一的な例において、荷重装置２０は、図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示された分割線９４を有するコネクティングロッド３０のような、分割タイプのクランクシャフト端部を有するコネクティングロッドを提供するために使用されてよい。すなわち、概して図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、荷重装置２０は、所定の周波数を有する所定の破壊力をコネクティングロッド３０に加え、これによりコネクティングロッド３０が軸線Ａ−Ａに沿って割れ、コネクティングロッドの第１の部分９６からキャップ９８を分割し、分割線９４を生ぜしめる。例えば、１つの典型的な例において、コネクティングロッドの固有周波数に概して相当する周波数で所定の荷重が加えられ、これにより、コネクティングロッドにおける叩き割り分割を開始する。
【００４２】
より具体的には、図１を参照すると、分割線９４を有さないコネクティングロッドである試験片３０が荷重装置２０に配置される。次いで、荷重装置２０は、クランクシャフト端部９２においてコネクティングロッドを割る。この例において、コネクティングロッドは、最初は１つの一体の片である。次いで、荷重装置２０は所定の破壊力を第２の方向５２に加え、この所定の破壊力は、試験片３０をクランクシャフト端部において２つの片に叩き割るために十分な値である。次いで、試験片３０は荷重装置２０から取り出される。
【００４３】
本開示は、この開示を実施するための最良の形態を単に例示する前記例示を参照して特に図示及び説明された。ここで説明された開示の例示に対する様々な択一例が、以下の請求項で定義されるような開示の思想及び範囲から逸脱することなく開示を実施するときに採用されてよいことは、当業者によって理解されるべきである。以下の請求項は開示の範囲を規定しており、これらの請求項及びこれらの均等物の範囲の方法及び装置はこれによって網羅されることが意図されている。開示のこの説明は、ここで説明された全ての新規でかつ非自明の組合せを含むと理解されるべきであり、請求項は、本願又は後の出願において、これらのエレメントのあらゆる新規でかつ非自明の組合せに対して提供される。さらに、前記例示は例示的であり、１つの特徴又はエレメントは、本願又は後の出願において請求される全ての可能な組合せにとって必須ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2013516634.tif 000009
2013516634.tif 000010