DEVICE FOR INTRODUCING FORCES INTO A STRUCTURE, ESPECIALLY VEHICLE AXLES, TYRE SUSPENSIONS AND THE LIKE

Abstract: 1. Device for the introduction of forces into structures, especially into vehicle axles, wheel suspensions and the like, with a force introduction element (2), which can be connected to a structure (1) to be tested, with an actuating element (10; 20), which is supported at a fixed point, with an elongated, linkage-like force transmitting element (15) which acts on the force introduction element (2) and is arranged with respect to the actuating element (10; 20) such that its direction of action lies at an angle to that of the actuating element (10; 20), and also with a force deflection element supported on at least one further fixed point (19) by means of a first pivot (18, 18'), the direction of action of which force deflection element lies in a plane formed by the two above-mentioned directions of action and which deflects the actuating force exerted by the actuating element (10; 20) onto the force transmitting element (15), characterized by the following features : - the force deflection element is constructed as an elongated rod-shaped or tube-shaped deflection element (17, 17'), - one end of the deflection element (17, 17') is connected with a second pivot (14) connecting the actuating element (10; 20) and the force transmitting element (15), - the other end of the deflection element (17, 17') is joined to the first pivot (18, 18'), - the deflection element (17, 17') is arranged such that its direction of action lies between the respective direction of action of the actuating element (10; 20) and of the force transmitting element (15).

Description: Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile, insbesondere in Fahrzeugachsen, Radaufhängungen u.dgl. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile, insbesondere in Fahrzeugachsen, Radaufhängungen u.dgl., mit einem Krafteinleitungselement, das mit einem zu prüfenden Bauteil verbindbar ist sowie mit einem Betätigungselement, das an einem Festpunkt angeordnet ist und das durch ein Gelenk mit einem länglichen Kraftübertragungselement verbunden ist, welches auf das Krafteinleitungselement wirkt, wobei das Kraftübertragungselement über das Gelenk so am Betätigungselement angeordnet ist, dass die Wirkungsrichtungen der beiden Elemente einen Winkel bilden. Eine Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile nach dem Gattungsbegriff der vorliegenden Anmeldung ist aus der DE-AS 26 42 155 bekannt. Diese Vorrichtung dient zur Einleitung von mehreren, in verschiedener Richtung wirkenden Kräften oder Kraftkomponenten, z.B. von Vertikal-, Längs- und Seitenkräften in das zu prüfende Bauteil. Die Kräfte oder Kraftkomponenten werden hierbei über ein mit dem zu prüfenden Bauteil verbundenes Krafteinleitungselement übertragen. Bei den zu prüfenden Einrichtungen handelt es sich besonders um Fahrzeugachsen, Radaufhängungen, Flugzeug- und Raumfahrzeugteile und ähnliche Bauteile oder Konstruktionen, bei denen in unterschiedlichen Richtungen wirkende Kräfte aufgebracht werden müssen. Es sind weitere ähnliche Vorrichtungen zur Einleitung von Kräften in Bauteile bekannt, die jedoch alle für bestimmte Anwendungs- und Einsatzfälle noch Nachteile aufweisen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile weiter zu verbessern und zu vereinfachen, wobei es auch möglich sein soll, im wesentlichen vertikal angeordnete bzw. wirkende Betätigungselemente, insbesondere hydraulische Betätigungszylinder vorzusehen. Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die weiteren Ansprüche enthalten Ausgesaltungen der Erfindung. Durch die Erfindung wird es möglich, auch für die Einleitung von Längs- und Seitenkräften vertikal oder mit Neigung zur Vertikalen angeordnete Betätigungszylinder zu verwenden, ohne dass aufwendige Stützkonstruktionen erforderlich sind. Die Betätigungszylinder können auf einfache Weise platzsparend auf dem Fundament befestigt werden. Besondere Befestigungsböcke für die Zylinder werden nicht benötigt Die im wesentlichen in vertikaler Richtung wirkenden Betätigungskräfte werden direkt in das Fundament eingeleitet. Darüberhinaus treten an den Betätigungszylindern praktisch keine Horizontalkräfte laXuf, da diese von den Umlenkelementen aufgenommen werden. Bei den Umlenkelementen handelt es sich um einfache Bauteile, die auf dem Fundament platzsparend angeordnet und befestigt werden können. X) bzw. senkrecht zur Wirkungsrichtung angreifenden Kräften Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung zur Einleitung einer Seitenkraft in ein Prüfobjekt Fig. 2 Darstellung der Bewegungsverhältnisse der Anordnung nach Fig. 1 Fig. 3 Ansicht einer Anordnung mit einem zusätzlichen Lenkerelement und einem Hilfslenker zur Aufbringung einer Längskraft Fig. 4 Seitenansicht einer Anordnung nach Fig. 3 Fig. 5 Vorderansicht der Anordnung nach Fig. 1, wobei das Krafteinleitungselement mit Anschlusselementen seit lich versetzt gezeichnet ist Fig. 6 Seitenansicht einer weiteren Vorrichtung zur Einlei tung einer Seitenkraft. In Fig. 1 ist eine Fahrzeugachse 1 mit einem Krafteinleitungselement 2 nur schematisch angedeutet. Einzelheiten der Aufnahme der Fahrzeugachse in der Prüfvorrichtung usw. sind nicht dargestellt. Das Krafteinleitungselement 2 dient als Radersatz, nimmt die Prüfkräfte auf und leitet sie in die Achse ein. Über ein Gelenklager 3 können z.B. mit Hilfe eines vertikal angeordneten hydraulischen Betätigungszylinders 4 vertikale Kräfte auf das Krafteinleitungselement 2 bzw. auf die zu prüfende Achse übertragen werden. Der Betätigungszylinder 4 ist über ein Gelenk 5 auf dem Fundament 6 abgestützt. Auf dem Fundament 6 ist ein weiteres Betätigunçelement, z.B. ein hydraulischer Betätigungszylinder 1o angeordnet, der zur Erzeugung von Seitenkräften dient. Die Kolbenstange 11 des Betätigungszylinders lo ist über ein Gelenk 12 und ein Zwischenelement 17 mit einem weiteren Gelenk 14 verbunden. Der hydraulische Betätigungszylinder lo kann ähnlich wie der Betätigungszylinder 4 auch über ein Gelenk auf dem Fundament abgestützt sein (s.a. Fig. 3, Betätigungszylinder 20 mit Gelenk 21). In diesem Fall kann das Zwischenelement 13 entfallen und die Kolbenstange 11 kann direkt mit dem Gelenk 14 verbunden werden. Am Gelenk 14 ist etwa im rechten Winkel zur Wirkungsrichtung des Betätigungszylinders 1o bzw. des Zwischenelements 13 ein längliches Kraftübertragungselement 15 angeordnet, das über ein Gelenk 16 auf das Krafteinleitungselement 2 wirkt. Das Element 15 dient zur Übertragung der vom Betätigungszylinder 1o erzeugten Seitenkräfte auf das Krafteinleitungselement 2 bzw. auf das zu prüfende Bauteil. Das Kraftübertragungselement 15 kann z.B. stangenförmig ausgebildet sein und an seinen Enden geeignete Köpfe oder Lagerstellen für die Ge lenkpunkte 14 und 16 aufweisen. Am Gelenk 14 ist ein längliches Umlenkelement 17 angeordnet, das sich über eine drehbewegliche Abstützung bzw. über ein Gelenk 18 (Drehgelenk) an einem Festpunkt 19 auf dem Fundament 6 abstützt. Die Drehachse des Drehgelenks 18 steht etwa senkrecht auf der durch die Wirkungsrichtungen von Betätigungselement 1o und Kraftübertragungselement 15 gebildeten Ebene (im dargestellten Beispiel der Zeichenebene). Das Umlenkelement 17 und das Gelenk 18 müssen so ausgebildet sein, dass der Gelenkpunkt 14 nur Bewegungen in der durch die Wirkungsrichtung des Betätigungszylinders 1o und des Kraft übertragungselements 15 gebildeten Ebene (Fig. l:Zeichenebe- ne) ausführen kann. Das Umlenkelement 17 besteht daher nach Fig. 5 zweckmässig aus zwei Einzelelementen 17, 17', deren Festpunkte 19, 19? mit Drehgelenken 18, 18' mit Abstand voneinander auf dem Fundament 6 angeordnet sind. Die beiden Einzelelemente 17, 17' können dabei am Gelenk 14 zusammenlaufen und z.B. eine Art Lagergabel an diesem Gelenk bilden. Dadurch ergibt sich mit den beiden Einzelelementen 17, 17' ein Dreieckslenker, der sich um die beiden an den Festpukten 19, 19' auf dem Fundament 6 angeordneten Drehgelenke 18, 18' bewegen kann, so dass am Gelenk 14 auftretende seitliche Störkräfte (in Fig. 1 senkrecht zur Papierebene wirkende Kräfte) gut aufgenommen werden können. Das Kraftübertragungselement 15 ist im Gelenk 14 sphärisch gelagert. Anstelle des Umlenkelements 17 bzw. der Umlenkelemente 17, 17' kann z.B. auch das Betätigungselement 1o mit der Kolbenstange 11 so angeordnet bzw. geführt werden, daR störende Seitenkräfte am Gelenk 14 aufgenommen werden. Die Umlenkelemente 17, 171 sind so angeordnet, dass sie mit der Längsachse bzw. der Wirkungsrichtung des Betätigungszylinders 1o und mit dem KraftübertragunCelement 15 in der Projektion auf die Zeichenebene der Fig. 1 die Winkel und CH2 bilden. Wenn die beiden Winkel jeweils gleich 4 sind, beträgt das Umlenkverhältnis bei der dargestellten Anordnung 1:1, d.h. die Kraft des Betätigungszylinders lo wirkt, von Reibungseinflüssen abgesehen, in gleicher Grösse auch am Gelenkpunkt 16 des Krafteinleitungselements 2 bzw. am Prüfobjekt. Durch Verstellen des Festpunkts 19 (s. Doppel pfeil) können die Winkel1 und dp2 2 und damit das Umlenk- verhältnis und die Kraftwirkung am Gelenk 16 bzw. am Prüfobjekt geändet werden. Kleinere Winkel/1 als 45 ergeben am Gelenk 16 kleinere, grössere Winkel ergeben entprechend grössere Kräfte als am Betätigungszylinder lo. Die Umlenkelemente 17, 17' werden bei der Kraftumlenkung nur auf Zug oder Druck beansprucht. Sie können daher auf einfache Weise als stangen- oder rohrförmige Elemente ausgebildet werden. Die Enden dieser Elemente müssen so gestaltet sein, dass eine zweckmässige gelenkige oder drehbewegliche Lagerung an den jeweiligen Lagerstellen möglich ist. Durch die Anordnung von Umlenkelementen 17, 1t' ist es möglich, mit Hilfe des im wesentlichen vertikal angeordneten und wirkenden Betatigungszylinders 1o Seitenkräfte auf das zu prüfende Objekt, z.B. die Radachse 1, aufzubringen, d.h. die Kraftrichtung kann auf einfache Weise um 9o bzw. ggf. auch um kleinere oder grössere Winkel (s. Fig. 6) umgelenkt werden. Hierbei können die Betätigungszylinder unmittelbar oder über einfache Zwischenstücke auf dem Fundament angeordnet werden, so dass es sich erübrigt, aufwendige Stützkonstruktionen oder Böcke für die Zylinder vorzusehen. Die Anordnung ist auch für die Einleitung von Längskräften verwendbar (s. Fig. 3 u. 4). In Fig. 2 sind die Bewegungsverhältnisse der Anordnung nach Fig. 1 dargestellt. Das Gelenk 14 wird bei Bewegungen der Kolbenstange 11 und des Zwischenelements 13 bzw. bei Bewegungen des Gelekpunkts 16 durch das Umlenkelement 17, 17' auf einem Kreisbogen um das Drehgelenk 18 geführt. Hierbei bewegen sich alle beweglichen Elemente der Anordnung ( 2-4, 11 - 17) in entsprechender Weise mit (strichpunktierte Dar-. stellung). Da bei solchen Anordnungen im allgemeinen nur verhältnismässig kleine Wege auftreten, bleiben Fehler durch Schrägstellung z.B. der Betätigungselemente oder der Kraft übertragungselemente, klein. Die Figuren 3 und 4 zeigen in zwei Ansichten eine Anordnung mit einem zusätzlichen Lenkerelement und einem Kilfslenker zur Aufbringung einer Längskraft. Die Darstellung nach Fig. 3 entspricht in Bezug auf die Anordnung von Betätigungszylinder 20, Kolbenstange 11, Gelenk 14, Kraftübertragngsele- ment 15, und Umlenkelement 17, 17' im wesentlichen der Anordnung nach Fig. 1. Der Betätigungszylinder 20 ist jedoch nicht fest auf dem Fundament 6 aufgebaut, sondern über ein Gelenk 21 an seinem Fuss gelenkig angeordnet, so dass das Zwischenstück 13 (Fig. 1) zwischen Kolbenstange 11 und Gelenk 14 entfallen kann. In Fig. 8 sind die Teile 11, 14 15, 17, 17t, 18, 19, 20 und 21 der Fig. 3 nicht eingezeichnet. Diese Teile liegen im wesentlichen in einer senkrechten Ebene durch das Gelenk 31 und in der Zeichenebene der Fig. 3. Das Kraftübertragungselement 15 greift im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 nicht unmittelbar am Kraft ein leitungselement 2 an, sondern ist mit einem Lenkerelement 30 über ein Gelenk 31 verbunden. Das Lenkerelement 30 ist an seinem einen Rnde gabelförmig ausgebildet und weist an den Gabelenden Gelenke 32, 33 auf, über die es am Krafteinleitungselement 2 angeordnet ist. Die zu übertragenden Kräfte können hierbei beispielsweise in Radmitte hz. Achsinitte in das zu prüfende Bauteil bzw. das Krafteinleitungselement 2 eingeleitet werden. Das andere Ende des Lenkerelements 30 ist über ein Gelenk 34 mit einem Hilfslenker 35 verbunden. Der Hilfslenker 35 ist an zwei weiteren Gelenkpunkten 36, 37 drehbeweglich ge lagert. Die Gelenkpunkte 36, 37 sind an Festpunkten 38 39 auf dem Fundament 6 angeordnet. Sie können jedoch auch mit anderen festen Teilen der Prüfvorrichtung verbunden sein, z.B. mit der Abstützung eines Umlenkelements für eine andere Kraftkomponente. Die Festpunkte 38, 39 können auch verstellbar angeordnet werden, z.B. in der Anordnung nach Fig. 4 in der Zeichenebene nach links oder rechts verschiebbar. Die Anordnung des Lenkerelements 30 und des Hilfslenkers 35 ermöglicht vertikale Bewegungen des Krafteinleitungselements 2 bzw. eines zu prüfenden Bauteils, wobei Vertikalkräfte beispielsweise durch den Vertikalzylinder 4 (Fig. 4) er zeugt werden können. Eine am Hebel 30 im Gelenk 31 angrei fende Längskraft erzeugt hierbei unabhängig von der verti kalen Auslenkung des KrafteiXeitungsiements 2 an den Gelen ken 32, 33 und 34 immer die gleiche, den Hebelverhältnissen zwischen den Gelenken entsprechende Kraft. Darüberhinaus ermöglicht es die beschriebene Lenkeranordnung, den Betätigungszylinder, z.B. den Längskraftzylinder 20, Fig. 3 , und die dazugehörigen Gestänge aus der Radmittelebene bzw. aus der Mittelebene des Krafteinleitungselements 2 heraus zu verlegen (in Fig. 4 nach links). Nach dem Ausführungsbespiel gemäss Figur 6 kann das Betäti gungselement 1o auch so angeordnet werden dass der Winkel zwischen Betätigungselement 1o und Umlenkelement 17, 17t etwa 900 beträgt. Zweckmässigerweise wird in diesem Fall der Winkel Cw2 zwischen Umlenkelement 17, 17 und Krafttibertra- gungselement 15 kleiner als 450, z.B. etwa 30 gewählt. Der Betätigungszylinder 1o wird hierbei leicht schräg in geeigneter Weise auf dem Fundament befestigt. Bei einer solchen Anordnung kann der Betätigungszylinder fest auf dem Fundament abgestützt werden, entsprechenldem Ausführungsbeispiel in Fig. 1, wobei jedoch das Zwischenelement 13 mit dem Gelenk 12 entfallen kann, da sich der Gelenkpunkt 14 bei kleinen Wegen der Kolbenstange 11 angenähert auf einer Geraden bewegt. Darüberhinaus kann der Bettigungszylinder lo zur Erzeugung einer bestimmten Krft am Gelenkpunkt 16 wegen der grösseren Übersetzung kleiner gewählt werden. Auch das Umlenkelement 17, 17' wird für gleiche Kräfte am Gelenkpunkt 16 weniger belastet als bei der Anordnung nach Fig. 1. Das Krafteinleitungselement, der Krafteinleitungspunkt, die Kraftübertragungs-, Zwischen- und Umlenkelemente sowie die Gelenkpunkte der beschriebenen Anordnungen können konstruktiv in verschiedener Weise ausgebildet werden. Die konstruktive Gestaltung dieser Elemente ist dem Fachmann jedoch bekannt, so dass sich weitere Einzelheiten erübrigen. Als Gelenke können alle geeigneten Gelenkausführungen verwendet werden, welche die an der jeweiligen Gelenkstelle erforderlichen Freiheitsgrade aufweisen, beispielsweise Kreuzfedergelenke, Plattfedergelenke, Dregelenke, sphärische Gelenke usw.. Die Anordnung nach den Figuren 3 und 4 ist auch für die Einleitung von Seitenkräften verwendbar. Die Anordnungen nach Fig. 1 bzw. 5 und 6 und Fig. 3/4 können zur gleicheitigen Übertragung z.B. von Seiten- und Längskräften auf ein Prüfobjektauch zusammen verwendet werden und auf das gleiche Krafteinleitungselement 2 wirken. Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen zur Einlei- tung von Kräften in Bauteile können anstatt auf dem Funda ment z.B. auch an einer stabilen Decke oder an Prüfgerüsten hängend angeordnet werden.

Claims: Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile, insbe sondere in Fahrzeugachsen, Radaufhängungen u.dgl. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile, ins besondere in Fahrzeugachsen, Radaufhängungen u.dgl., mit einem Krafteinletungselement, das mit einem zu prüfenden Bauteil verbindbar ist sowie mit einem Betätigungselement, das an einem Festpunkt angeordnet ist und das durch ein Gelenk mit einem länglichen Kraftübertraguelement ver bunden ist, welches auf das Krafteinleitungselement wirkt, wobei das Kraftübertragungselement über das Gelenk so am Betätigungselement angordnet ist, dass die Wirkungs richtungen der beiden Elemente einen Winkel bilden, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale: : - am Gelenk (14) zwischen Betätigungselement (Io, 20) und Kraftübertragungselement (15) ist ein auf Zug und/oder Druck beanspruchtes, längliches Umlenkelement (17, 17t) (Koppel, Gestänge) angeordnet, - das zweite Ende des Umlenkelements (17, 17') ist an mindestens einem Festpunkt (lq) über ein Gelenk (18) (Drehgelenk) abgestützt, - das Umlenkelement (17, 17') ist so angeordnet, dass seine Wirkungsrichtung zwischen den Wirkungsrichtungen des Betätigungselements (lo, 20) und des Kraftübertra gungselements (15) und in einer von diesen beiden Wir kungsrichtungen gebildeten Ebene liegt. 2. Vorrishtung nach Anspruch 1, dadurch geennzeichnet, dass die Wirkungsrichtungen des Betätigungselements (1o, 20) und des Kraftübertragungselements (15) einen Winkel von etwa 9o0 bilden. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsrichtungen des Betätigungselements (lo, 20) und des Umlenkelements (17, 17') einen winkel von etwa 900 bilden. 90 bilden. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Wirkungsrichtung des Umlenkelements (17, 17') mit der Wirkungsrichtung des Betätigungselements (1o, 20) und des KraftAibertragungselements (15) einen Winkel (CH1nct2) von jeweils etwa 450 bildet. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Umlenkelement (17) aus zwei Einzel elementen (17, 17') (KoppehS Gestänge) besteht und dass die Festpunkte (19, 19') für die beiden Elemente mit Ab stand voneinander angeordnet sind. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Festpunkt (19) bzw. die Festpunkte (19, 19') des Umlenkelements (17, 17') verstellbar ange ordnet sind. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Betätigungselement (lo) und Gelenk (14) ein mit dem Betätigungselement (lo) gelenkig verbundenes Zwischenelement (13) angeordnet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass das Betätigungselement (20) gelenkig am Festpunkt bzw. Fundament (6) angeordnet ist. 9. Vorrichtung zur Einleitung von Kräften in Bauteile, ins besondere in Fahrzeugachsen, Radaufhängungen u.dgl., mit einem Krafteinleitungselement, das mit einem zu prüfen den Bauteil verbindbar ist, sowie mit einem Betätigungs element, das an einem Festpunkt angeordnet ist und das durch ein Gelenk mit einem länglichen Kraftübertragungs element verbunden ist, welches auf das Krafteinleitungs element wirkt, wobei das Krftübertragungselement über das Gelenk so am Betätigungselement angeordnet ist, dass die Wirkungsrichtungen der beiden Elemente einen Winkel bilden, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Kraftübertragungselement (15) über ein Lenkerelement (30) mit dem Krafteinleitungselement (2) verbunden ist, dass das Lenkerelement (3o) an seinem einen Ende über Gelenke (32, 33) mit dem Krafteinlei tungselement (2) und an seinem anderen Ende mit einem schwenkbaren Gelenkpunkt (34) eines Hilfslenkers (33) verbunden ist und dass zwei weitere Gelenkpunkte des Hilfslenkers (35) als in einer Achse liegende Drehge lenke (36, 37) ausgebildet und an Festpunkten (38, 39) angeordnet sind. lo. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkerelement (3o) an seinem mit dem Krafteinlei tungselement (2) verbundenen Ende gabelförmig ausgebil det ist, wobei die Gelenke (32, 33) an den Gabelenden angeordnet sind.

Inventors: ZUBER, GUNTER, Zuber, Günter
Applicants: CARL SCHENCK AG
Application year: 1982
Main classification: G01M13
IPC codes: G01M17, B60S9, F16H21, G01M19, G01M13