ARRANGEMENT FOR APPLYING FORCES TO A COMMON (FORCE-APPLYING) POINT

Abstract: 1. An arrangement for the application of at least twxo forces, in particular acting at right angles to each other, at a common force application point (M) for a component to be tested, for example a wheel axle or a vehicle suspension, wherein the forces are transferred in each case via a force application element (4, 14, 24), characterized in that a number of ball-and-socket joints (1, 11, 21, 31) corresponding to the number of the forces, which joints are arranged inside each other, is provided with spherical parts (2, 12, 22, 32) and joint shells (3/3', 13/13', 23/23'), the common centre point (M) of which forms the force application point, and in that one spherical part (32) or one joint shell (3') is connected to the part to be tested, and in that each force application element (4, 14, 24) is connected to one spherical part (2, 32) or one joint shell (13, 13').

Description: Anordnung zur Einleitung von Kräften in einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einleitung von mindestens zwei, insbesondere senkrecht zueinander wirkenden Kräften in einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt eines zu prüfenden Bauteils, wobei die Kräfte über Krafteinleitungselemente übertragen werden. Bei einer bekannten Anordnung zur im wesentlichen punktförmigen Einleitung von in drei Raumrichtungen veränderbaren Kräften oder Verformungen in ein Bauteil (DE-PS 20 48 050) werden zur Krafteinleitung im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Schiebestangen verwendet, die über hydraulische Zylinder betätigt werden. Bei der Krafteinleitung können sich jedoch Verschiebungen an den Einzelelementen ergeben, so dass die in verschiedenen Richtungen wirkenden Kräfte an unterschiedlichen Punkten angreifen. Die Krafteinleitung an einem Punkt ist daher nicht mehr gewährleistet und es können Fehler bei der Kraftübertragung und störende Biegebeanspruchungen auftreten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur Einleitung von Kräften in einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt eines zu prüfenden Bauteils zu schaffen. Hierbei soll sich der theoretische bzw. konstruktiv festgelegte Krafteinleitungspunkt auch bei Bewegungen des Prüflings nicht ändern. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die Ansprüche erfassen auch Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. Durch die Verwendung von ineinander angeordneten Kugelgelenken bleibt der konstruktiv festgelegte Krafteinleitungspunkt unabhängig von den wirkenden Kräften und der Bewegung des zu prüfenden Bauteils erhalten. Auch eine Veränderung der Kraftangriffswinkel ergibt keine Veränderung der Lage des Krafteinleitungspunktes und es werden keine unerwünschten Momente am Prüfling erzeugt. Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in Figur 1 eine Gelenkanordnung mit drei ineinander ange ordneten Kugelgelenken, bei der die Gelenkschale des inneren Gelenks mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden ist, Figur 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Figur 1, Figur 3 eine Gelenkanordnung mit zwei ineinander ange ordneten Kugelgelenken, bei der die Gelenkkugel des inneren Gelenks über ein beidseitt ffi eine Durchgangsbohrung der Gelenkkugel eingreifendes Zwischenelement mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden ist und bei der ein weiteres Kugelge lenk am Zwischenelement angeordnet ist. Beider in Figur 1 dargestellten Gelenkanordnung mit drei ineinander angeordneten Kugelgelenken besteht das erste (innere) Kugelgelenk 1 aus einer Gelenkkugel 2 und einer ersten Gelenkschale. Diese ist, wie die übrigen Gelenkschalen der Anordnung, in einer Mittelebene, die durch den Krafteinleitungspunkt M geht und senkrecht zur Papier ebene steht, wie dargestellt geteilt und wird durch die beiden Schalenhälften bzw. Lagerschalen 3 und 3' gebildet. Die Gelenkkugel 2 ist mit einem Krafteinleitungselement 4 verbunden, über das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine horizontale Kraft + Fx, die durch den Krafteinleitungspunkt M geht, übertragen werden kann. Die Lagerschale 3' ist Teil eines Zwischenelements 5, über das die Gelenkanordnung mit dem zu prüfenden Bauteil, z. B. einer Radachse oder einer Fahrzeugaufhängung, fest verbindbar ist. Die Lagerschale 3, die einen Durchbruch für das Krafteinleitungselement 4 bzw. für einen Anschlusszapfen an der Gelenkkugel 2 aufweist, ist in geeigneter Weise mit der Lagerschale 3' verbunden, z. B. verschraubt. Die Ausbildung des Zwischenelements 5 richtet sich nach seinem Einsatzzweck. Seine Form und Anordnung ist an das zu prüfende Bauteil angepasst. Im dargestellten Ausführungs- beispiel weist es einen Flansch 6 auf, an dem es von unten mit dem nicht dargestellten Prüfling verschraubt ist. Es kann jedoch auch z. B. seitlich (in der Zeichnung links) oder an anderer geeigneter Stelle mit dem Prüfling verbunden und entsprechend ausgebildet sein (siehe auch Figur 3). An der Lagerschale 3? bzw. dem Zwischenelement 5 ist ein zweites (mittleres) Kugelgelenk 11 mit einer Gelenkkugel in Form eines ringförmigen Kugelelements oder Kugelrings 12 und einer zweiten Gelenkschale mit Lagerschalen 13, 13' angeordnet. Der Kugelring 12 ist in geeigneter Weise fest mit der Lagerschale 3' bzw. dem Zwischenelement 5 verbunden. Die Lagerschalen 13, 13' weisen an einer Seite Anschluss stege 15, 15' für die Verbindung mit einem Krafteinleitungselement 111 auf, über das z. B. eine in vertikaler Richtung wirkende und durch den Krafteinleitungspunkt M gehende Kraft + F z übertragen werden kann. Die Anschlussstege 15, 15' sind so ausgebildet, dass zwischen ihnen die Lagerelemente eines weiteren Lagers hindurchgeführt werden können bzw. dass sie diese Elemente umgreifen. Die Lagerschalen 13, 13' sind fest miteinander verbunden, z. B. verschraubt. Ein drittes (äusseres) Kugelgelenk 21 der dargestellten Anordnung ist ähnlich aufgebaut wie das mittlere Kugelgelenk 11. Am äusseren Umfang der Lagerschalen 13, 13' ist ein Kugelring 22 in geeigneter Weise befestigt. Er kann, wie dargestellt, in die Lagerschalen eingelassen sein. Auf dem Kugelring sind Lagerschalen 23, 23' angeordnet, die zusammen mit dem Kugelring das dritte (äussere) Kugelgelenk bilden. Die Lagerschalen 23, 23' weisen Anschlussstege 25, 25' auf (siehe Figur 2), mit denen sie an einem Krafteinleitungselement 24 befestigt sind. Mit dem Krafteinleitungselement kann z. B. eine senkrecht zur Papierebene der Figur 1 wirkende Kraft + F durch den Krafteinleitungs -y punkt M übertragen werden. Figur 2 stellt eine Seitenansicht der Lageranordnung nach Figur 1 dar. In der Zeichnung ist der Anschlusssteg 25 der Lagerschale 23 zum Anschluss des Krafteinleitungselements 24 erkennbar. Einzelheiten zur Lagereinstellung sowie zur Schmierung und Abdichtung der Lager sind der übersicbtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt. In Figur 3 ist eine erfindungsgemässe Kugelgelenkanordnung dargestellt, bei der die Gelenkkugel eines ersten (inneren) Gelenks 31 fest mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden ist. Die Gelenkkugel 32 des Gelenks weist eine Durchgangsbohrung 33 auf, in die zwei Zapfen 34, 34' eines geteilten Zwischenelements 35, 351 eingreifen. Das Zwischenelement ist in geeigneter Weise mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden, z. B. verschraubt. Die Gelenkkugel 32 bildet mit einer ersten Gelenkschale, die aus den Lagerschalen 13, 13' besteht, das erste (innere) Kugelgelenk 31. Die Lagerschalen 13, 13' dieses Gelenks sowie ein zweites (äusseres) Kugelgelenk 21 mit dem Kugelring 22 und einer zweiten Gelenkschale mit den Lagerschalen 23, 23' entsprechen in der Ausbildung und Anordnung dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Das Zwischenelement 35 ist in Figur 3 als Gelenkstelle für ein weiteres Kugelgelenk 41 ausgebildet, dessen Mittelpunkt nicht mit dem Mittelpunkt der beiden anderen Kugelgelenke zusammenfällt und das damit ausserhalb des theoretischen Krafteinleitungspunktes liegt. Im Zwischenelement 35 ist hierzu eine Lagerschale 43' vorgesehen, die zusammen mit der Gelenkkugel 42 und einer Lagerschale 113 das weitere Kugelgelenk bildet. Die Gelenkkugel 42 ist in geeigneter Weise mit einem Krafteinleitungselement verbunden, mit dem z. B. entsprechend dem Krafteinleitungselement 4 in Figur 1 eine horizontale Kraft + Fx in die Gelenkanordnung eingeleitet werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei der Ausbildung der Kugelelemente, Gelenkschalen, Anschlussstege und des Zwischenelements sind eine Reihe konstruktiver Varianten möglich. Bei den dargestellten Anordnungen können z. B. die Gelenkschalen bzw. Lagerschalen 3/3', 13/13' an ihren Aussenseiten kugelförmig ausgebildet sein und damit auch die Kugelelemente bzw. Kugelringe 12, 22 bilden. An den Aussenseiten der Gelenkschale 23/23' können weitere Gelenke angeordnet werden.

Claims: Anordnung zur Einleitung von Kräften in einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt Patentansprüche: 1. Anordnung zur Einleitung von mindestens zwei, insbeson dere senkrecht zueinander wirkenden Kräften in einen gemeinsamen Krafteinleitungspunkt eines zu prüfenden Bauteils, wobei die Kräfte über Krafteinleitungsele mente übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei ineinander angeordnete Kugelgelenke (1, 11, 21, 31) mit Gelenkkugeln (2, 12, 22, 32) und Ge lenkschalen (3/3', 13/13', 23/23') vorgesehen sind, deren gemeinsamer Mittelpunkt (M) den Krafteinleitungs punkt bildet, und dass eine Gelenkkugel (32) oder Gelenk schale (3') mit dem zu prüfenden Bauteil und mindestens zwei Gelenkschalen (13/13', 23/23') oder eine Gelenk kugel (2) und mindestens eine Gelenkschale (13/13') mit den Krafteinleitungselementen (4, 14) verbunden sind. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgen de Merkmale (Figur 1): - ein erstes Kugelgelenk (1) mit einer Gelenkkugel (2) und einer ersten Gelenkschale (3/3'), wobei die Ge lenkkugel (2) auf einer Seite mit einem Krafteinlei tungselement (4) und die erste Gelenkschale (3) auf der gegenüberliegenden Seite über ein Zwischenele ment (5) mit einem zu prüfenden Bauteil verbunden ist, - ein zweites Kugelgelenk (11) mit einem Kugelelement (12) und einer zweiten Gelenkschale (13/13'), wobei das Kugelelement(12) fest mit der ersten Gelenkschale (3') und die zweite Gelenkschale (13/13') mit einem Krafteinleitungselement (14) verbunden ist. 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein drittes Kugelgelenk (21), mit einem weiteren Kugelele ment (22) und einer dritten Gelenkschale (23/23'), wobei das weitere Kugelelement (22) fest mit der zwei ten Gelenkschale (13/13') und die dritte Gelenkschale (23/23') mit einem Krafteinleitungselement (24) ver bunden ist. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgen de Merkmale (Figur 3): - ein erstes Kugelgelenk (31), dessen Gelenkkugel (32) eine Durchgangsbohrung (33) aufweist, in die beid seitig ein bügelförmiges Zwischenelement (35/35?) eingreift, das mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden ist, - eine erste Gelenkschale (13/13'), die mit einem Krafteinleitungselement (14) verbunden ist, - ein zweites Kugelgelenk (21), mit einem Kugelelement (22) und einer zweiten Gelenkschale (23/23'), wobei das Kugelelement (22) fest mit der ersten Gelenk schale (13/13') und die zweite Gelenkschale (23/23') mit einem Krafteinleitungselement (24) verbunden ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem bügelförmigen Zwischenelement (35/35') ein weiteres, ausserhalb des Krafteinleitungspunktes (M) be findliches Kugelgelenk (41) angeordnet ist, wobei das bügelförmige Zwischenelement (35/35') an der Gelenk stelle des weiteren Kugelgelenks (41) als Gelenkschale (43') ausgebildet ist, und dass die Gelenkkugel (41) dieses Gelenks mit einem Krafteinleitungselement (4) verbunden ist. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Gelenkschalen (3/3', 13/ 13', 23/23') in einer Mittelebene durch den Kraftein leitungspunkt (M) geteilt und als miteinander verbun dene Lagerschalen (3/3', 13/13', 23/23') ausgebildet sind. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Gelenkschalen (13/13', 23/23') Anschlussstege (15, 15') für die Verbindung mit den Krafteinleitungselementen (1h, 24) aufweisen. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugeln oder Kugel elemente (12, 22) als Kugelringe ausgebildet sind. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Lagerschalen (3/3', 13/ 13') an ihrer Aussenseite kugelförmig ausgebildet sind.

Inventors: ZUBER, GUNTER, Zuber, Günter
Applicants: CARL SCHENCK AG
Application year: 1984
Main classification: G01M13
IPC codes: G01M13, G01M19, F16C11