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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzumhausung für einen Bauteilprüfstand mit einem Innenring und einem Außenring gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine Schutzumhausung für einen Bauteilprüfstand ist beispielsweise aus der
DE 1 125 206 bekannt. Eine derartige Schutzumhausung besteht aus mehreren nachgiebigen Schichten metallischer Werkstoffe hoher Bruchfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul und Zwischenschichten aus leicht verformbaren Werkstoffen mit geringerem Elastizitätsmodul. Die metallischen Werkstoffe können darin in Form von Stahlseilen, Stahlgeflechten oder auch Stahllamellen eingebracht sein, wohingegen die Zwischenschichten aus jedem beliebigen Werkstoff mit geringem Elastizitätsmodul, wie beispielsweise Blei, Leichtmetall oder Kautschuk beziehungsweise plastischen Kunststoffmassen bestehen können. Eine derartige Schutzumhausung ist in den Topf eines Rezipienten eingesetzt, wobei der äußere Durchmesser der Schutzumhausung wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Topfes. Die zylindrische Schutzumhausung kann daher beim Auftreffen von Bruchstücken verschoben werden, wodurch Aufschlagimpulse teilweise in Reibung umgesetzt werden.
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Derartige Schutzwände bauen nur einen Teil der Aufschlagimpulse beziehungsweise Energie über Reibung infolge ihres Eigengewichts ab, weshalb der Restenergieeintrag in das Fundament des Bauteilprüfstandes weiterhin groß ist.
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Es ist ferner bekannt, starr angebundene Berstschutzringe in vertikale oder horizontale Schleuderprüfstände zu integrieren. Diese können zwar unter Umständen temperaturbeständig sein, leiten den Aufschlagimpuls beziehungsweise die Energie des auftreffenden Teils jedoch vollständig an das Fundament weiter. Das bedingt hohe Anforderungen an die Anbindung der Prüfanlage an das Fundament.
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Es sind weiterhin mehrschichtige und dickwandige Berstschutzringe, beispielsweise bestehend aus Holz, Beton oder Stahl, bekannt, die etwa bei vertikalen Schleuderprüfständen in den Boden eingelassen werden. Diese bieten zwar eine relativ gute Absorption des Aufschlagimpulses, jedoch ist mit derartigen Schutzvorrichtungen ein großer Bauraum notwendig, wobei ferner bei der Verwendung von Holz die Temperaturbeständigkeit begrenzt sein kann. Bauteilprüfstände, wie beispielsweise Berstprüfstände ohne durchschlagsichere Berstschutzringe können in eigens dafür vorgesehenen Schutzräumen angeordnet sein, benötigen jedoch einen großen Bauraum und erschweren ferner die Temperierung von Prüflingen in diesem großen Bauraum.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzumhausung für einen Bauteilprüfstand bereitzustellen, welche bei geringem Raumbedarf eine Verbesserung des Energieabsorptionsverhaltens ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Schutzumhausung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung für einen Bauteilprüfstand mit einem Innenring und einem Außenring, ist der Innenring innerhalb des Außenrings angeordnet, wobei der Innenring den Aufnahmeraum für ein zu prüfendes Bauteil zumindest teilweise umfasst bzw. begrenzt, und wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring wenigstens ein elastisches Zwischenelement angeordnet ist, über das der Innenring am Außenring abgestützt ist, so dass eine translatorische Beweglichkeit des Innenringes mit Bezug auf den Außenring ermöglicht ist.
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Die Schutzumhausung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für einen Bauteilprüfstand geeignet. Beispielsweise kann die Schutzumhausung bei einem Schleuderprüfstand Verwendung finden, bei dem zu prüfende Bauteile beziehungsweise Prüflinge (z.B. eine Kupplung oder Teile davon) bis zu ihrer Berstdrehzahl beschleunigt werden. Geborstene Stücke des Prüflings beziehungsweise losbrechende Stücke desselben werden tangential beschleunigt und treffen mit einer hohen Geschwindigkeit und damit mit einer hohen kinetischen Energie auf die Schutzumhausung auf. Diese Energie kann durch die Schutzumhausung absorbiert werden.
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Dadurch, dass der Innenring innerhalb des Außenringes angeordnet ist und der Innenring den Aufnahmeraum für das zu prüfende Bauteil zumindest teilweise umfasst bzw. begrenzt, ist der Prüfraum für die Bauteilprüfung innerhalb des Innenringes angeordnet beziehungsweise dort ausbildbar. Dadurch treffen geborstene beziehungsweise losgebrochene Stücke des Prüflings, die auch als Berststücke bezeichnet werden, je nach Prüfsituation mit hoher kinetischer Energie auf den Innenring.
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Bei einer translatorischen Beweglichkeit des Innenrings mit Bezug auf den Außenring ist zwischen dem Innenring und dem Außenring wenigstens ein elastisches Zwischenelement angeordnet. Dadurch kann bei dem Auftreffen eines Berststücks auf den Innenring und dadurch, dass der Innenring innerhalb des Außenrings angeordnet ist, der Innenring mit Bezug auf den Außenring translatorisch und insbesondere elastisch bewegt werden. Auf diese Weise kann die kinetische Energie des Berststücks in eine Bewegung des Innenrings und damit in eine elastische Verformung des Zwischenelements übertragen und somit absorbiert werden. Folglich ist insbesondere keine starre Verbindung zwischen dem Innenring und dem Außenring vorgesehen. Der Innenring und der Außenring sind dabei insbesondere in geeigneter Weise an dem wenigstens einen Zwischenelement befestigt, beispielsweise lösbar oder unlösbar, wie etwa durch eine Klebung.
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Eine elastische Beweglichkeit kann dabei insbesondere eine rückstellbare Beweglichkeit bedeuten dadurch, dass der Innenring durch ein Verformen des Zwischenelements translatorisch bewegbar ist, jedoch eine Rückstellkraft des elastischen Zwischenelements gegeben ist. Dadurch kann der Innenring nach der Absorption der kinetischen Energie durch eine elastische und damit temporäre Verformung des Zwischenelements in seine Ausgangslage, insbesondere zentriert innerhalb des Außenrings, zurückkehren. Die Zentrierung des beweglichen Innenrings im Außenring kann dabei ebenfalls durch das Vorsehen des elastischen Zwischenelements besonders einfach, effizient und kostengünstig erreicht werden.
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Durch das Vorsehen wenigstens eines elastischen Zwischenelements zwischen dem Innenring und dem Außenring steht der Innenring somit nach der Absorption der Aufprallenergie des losgebrochenen Prüflingteils erneut für eine Energieabsorption bereit.
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Durch das Vorsehen eines elastischen Zwischenelements kann auch die Energie von großen, schweren und damit energiehaltigen Berststücken durch eine Bewegung des Innenrings mit Bezug auf den Außenring und somit von dem Zwischenelement passiv gedämpft beziehungsweise absorbiert werden. Ein Weiterleiten der zu absorbierenden Energie in das Fundament ist nicht notwendig beziehungsweise kann vermieden werden. Dadurch, dass eine Energieabsorption somit insbesondere erfolgt, bevor die Energie auf das Fundament beziehungsweise die Fundamentanbindung wirken kann, können die Anforderungen an eine Fundamentanbindung deutlich reduziert werden.
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Ein Aufbau gemäß der Schutzumhausung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht somit, nicht nur kleine und leichte Berststücke sicher aufzufangen und deren Energie sicher zu absorbieren, sondern auch bei großen und schweren und damit sehr energiehaltigen Berststücken oder bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und damit einer großen zu erwartenden Geschwindigkeit des Berststücks die Energie sicher und verlässlich zu absorbieren.
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Ferner kann durch das Vorsehen eines elastischen Zwischenelements die Durchschlagsicherheit der Schutzumhausung verbessert werden, da selbst bei einem Durchschlag eines Berststücks durch den Innenring, das elastische Zwischenelement die Energie des Berststücks bei einem Auftreffen auf den Innenring vor einem potentiellen Durchschlag durch den Innenring derart reduziert, dass ein kompletter Durchschlag durch den Innenring und den Außenring besonders vorteilhaft reduziert oder sogar ausgeschlossen werden kann.
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Durch die so mögliche Energieabsorption des elastischen Zwischenelements durch eine translatorische Bewegung des Innenrings können ferner die Anforderungen an eine Materialwahl für den Innenring und den Außenring reduziert werden. Denn der Anteil an der vom Innenring zu absorbierender Energie ist durch das Vorsehen des elastischen Zwischenelements besonders stark herabgesetzt, so dass auch neben der Materialwahl die sonstigen Anforderungen an Innenring und Außenring reduziert werden können. Dadurch lassen sich die Kosten bei der Herstellung einer Schutzumhausung beziehungsweise die Kosten einer Schutzumhausung als solcher weiter reduzieren.
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Weiterhin ist die Schutzumhausung gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere wartungsarm oder sogar wartungsfrei, da aufgrund der elastischen Beweglichkeit des Innenrings diese stets in ihre Ausgangsposition zurückkehrt. Ferner kann aufgrund der ausgesprochenen Einfachheit des erfindungsgemäßen Aufbaus und die Kostengünstigkeit der verwendbaren Materialien auch die erfindungsgemäße Schutzumhausung kostengünstig hergestellt werden. Die Einfachheit des Aufbaus ermöglicht dabei weiterhin den Aufbau in einem geringen Bauraum, was eine Anwendung auch in Räumlichkeiten mit begrenzten Raumverhältnissen erlaubt.
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Weiterhin kann eine elastische Verformung eines elastischen Zwischenelements wie auch die translatorische Bewegung des Innenrings nahezu lautlos erfolgen, da das elastische Zwischenelement weiterhin gute Lärmabsorptionseigenschaften aufweist. Dadurch kann die Schutzumhausung gemäß der Erfindung auch einen positiven Beitrag zur Lärmreduzierung liefern, was die Lärmemission verringert und damit den Komfort einer Verwendung erhöht.
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Darüber hinaus weist eine erfindungsgemäße Schutzumhausung beziehungsweise ein mit einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung ausgestatteter Bauteilprüfstand im Vergleich zu herkömmlichen Dämpfungssystemen, wie etwa Viskodämpfer, insbesondere keine negativen Eigenschaften bezüglich Strömungs-, Dichtungs-, Reibungs- und/oder Trägheitseffekten auf.
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Durch die insbesondere absolute Materialentkopplung zwischen Innenring und Außenring und eine mögliche Reduzierung des Volumens des Aufnahmeraums erhöht sich ferner der isolierende Effekt des wenigstens einen Zwischenelements beziehungsweise der Schutzumhausung als solcher, wodurch eine Temperierung des Prüflings besonders energieeffizient möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das wenigstens eine elastische Zwischenelement aus Silikon-Kautschuk ausgebildet. In dieser Ausgestaltung kann das herkömmlicherweise als Dichtungsmaterial bekannte Kautschukmaterial zweckentfremdet werden und als elastisches Zwischenelement zur Aufnahme beziehungsweise zur Absorption von kinetischer Energie auf den Innenring auftreffender Berststücke genutzt werden. Dabei kann Silikon-Kautschuk aufgrund seiner guten Dämpfungs- wie auch Dämmungseigenschaften sehr gut neben der eigentlichen Energieabsorption zur akustischen wie auch thermischen Dämmung verwendet werden. Somit kann der Komfort der Verwendung eines mit einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung ausgestatteten Bauteilprüfstands durch geringe Geräuschbelastung verbessert werden. Darüber hinaus kann das zu prüfende Bauteil gut und effizient geheizt werden. Dabei weist Silikon-Kautschuk den weiteren Vorteil auf, dass es bis zu Temperaturen von 200°C oder mehr beständig ist. Aufgrund seiner Federkennlinie ist Silikon-Kautschuk ferner insbesondere für eine elastische Energieabsorption und damit als Zwischenelement gut geeignet, was eine gute Energieabsorption auch für hohe Energiebeträge erlaubt. Beispielsweise kann das aus Silikon-Kautschuk ausgebildete Zwischenelement als Silikonschaum vorliegen oder aus einem solchen, der auch als Silikon-Moosgummi bezeichnet wird, hergestellt sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine elastische Zwischenelement mehrlagig ausgestaltet. Dadurch lässt sich das Zwischenelement besonders einfach herstellen und ferner durch eine Anpassung der Anzahl der einzelnen, insbesondere vorgefertigten Lagen die Dicke des Zwischenelements besonders einfach und kostengünstig anpassen. Dadurch lassen sich auch die Dämpfungseigenschaften an die gewünschte Anwendung, wie etwa an den zu untersuchenden Prüfling und damit an die zu erwartende kinetische Energie eines Berststücks, maßschneidern. Die einzelnen Lagen können dabei beispielsweise miteinander verklebt oder lösbar aneinander befestigt sein und/oder insbesondere in translatorischer Richtung, also in Richtung der Stauchung beziehungsweise Expansion des wenigstens einen Zwischenelements, aufeinander angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Innenring und der Außenring eine Mehrzahl an räumlich begrenzten elastischen Zwischenelementen angeordnet. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Zentrierung durch eine Anordnung der einzelnen elastischen Zwischenelemente, die in dieser Ausgestaltung insbesondere blockartig ausgestaltet sein können. Weiterhin kann durch die Anzahl der Zwischenelemente die Absorptionsstärke beziehungsweise die Absorptionskraft der Schutzumhausung maßgeschneidert werden, wobei beispielsweise die Berührungsfläche von Zwischenelementen und Innenring und/oder Außenring einstellbar ist. Eine räumliche Begrenzung kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine begrenzte Breite entlang des Umfangs des Innenrings beziehungsweise des Außenring bedeuten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das wenigstens eine elastische Zwischenelement in translatorischer Richtung vorgespannt. Dadurch kann eine translatorische Bewegung des Innenrings erst erlaubt werden, wenn die Energie des auftreffenden Prüflings die Vorspannenergie übertrifft. Dadurch kann durch die Größe der Vorspannung die Beweglichkeit des Innenrings eingestellt und damit das Dämpfungsverhalten an das gewünschte Anwendungsgebiet weiter angepasst werden. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung die Rückstellkraft der elastischen Bewegung vergrößert werden, wodurch die Schutzumhausung sich nach einem Auftreffen eines Berststücks sehr schnell wieder in ihrem zentrierten Normalzustand sich befindet und so in jeder möglichen Richtung eine translatorische Bewegung ausführen und so Energie absorbieren kann. Eine Vorspannung kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Dicke des wenigstens einen Zwischenelements in vollständig entspanntem Zustand größer gewählt wird, als ein Abstand zwischen Innenring und Außenring im Ruhezustand, also bei zentriertem Innenring.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der Außenring bewegungsfest angeordnet sein. Dazu kann dieser beispielsweise an ein Fundament des Bauteilprüfstands angebunden beziehungsweise an diesem befestigt sein. Auf diese Weise kann bei auf den Innenring auftreffenden Berststücken die Energieabsorption alleine durch eine translatorische Bewegung des Innenrings und damit durch eine Verformung des wenigstens einen Zwischenelements realisiert werden. Eine Verlagerung des Außenrings beziehungsweise der Schutzumhausung als solcher kann vermieden werden, wodurch der Bauraum weiter verkleinert werden kann. Darüber hinaus kann das Absorptionsverhalten einfacher und genauer eingestellt und an die gewünschte Anwendung angepasst beziehungsweise maßgeschneidert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen der Innenring und insbesondere der Außenring einen zylindrischen Querschnitt auf. Diese Ausgestaltung ist insbesondere geeignet für Schleuderprüfstände, bei denen die Rotationsgeschwindigkeit eines Prüflings auf ihre Berstgeschwindigkeit erhöht wird, da hier zu jedem Zeitpunkt der Rotation der gleiche Abstand des Prüflings zum Innenring ausgebildet ist, wodurch zu jedem Zeitpunkt und bei jedem Rotationswinkel vergleichbare Absorptionsbedingungen vorliegen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilprüfstand zum Untersuchen eines Prüflings umfassend eine Schutzumhausung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bauteilprüfstands kann die Energieabsorption von Berststücken bei geringem Raumbedarf verbessert werden. Ein mit einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung ausgestatteter Bauteilprüfstand kann dabei insbesondere ein Schleuderprüfstand sein, der zur Prüfung von schweren Bauteilen oder von leichten Bauteilen mit sehr hohen Drehzahlen dienen kann. Beispielsweise können Prüflinge mit einem hohen Gewicht von bis zu 35 kg bei Schleuderdrehzahlen von bis zu 18.000 1/min oder aber leichte Prüflinge, wie etwa mit einem Gewicht von bis zu 2 kg, bei Schleuderdrehzahlen von bis zu 25.000 1/min untersucht werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Es zeigen:
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1: eine schematische teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung; und
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2: eine schematische Teilansicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzumhausung.
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Die in 1 gezeigte Schutzumhausung 10 kann insbesondere Verwendung finden in einem Bauteilprüfstand, wie beispielsweise einem Schleuderprüfstand, bei dem Prüflinge, wie etwa Kupplungen oder Kupplungsteile, bis auf ihre Berstgeschwindigkeit in Rotation versetzt werden. Die Schutzumhausung 10 weist einen Innenring 12 und einen Außenring 14 auf. Dabei ist der Innenring 12 innerhalb des Außenrings 14 angeordnet, wobei der Innenring 12 einen Aufnahmeraum 16 für ein zu prüfendes, nicht gezeigtes Bauteil zumindest teilweise begrenzt.
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Um beispielsweise in einen Schleuderprüfstand als Bauteilprüfstand besonders vorteilhaft integrierbar zu sein, können Innenring 12 und Außenring 14 einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Dabei kann der Innenring 12 mittig im Außenring 14 zentriert sein, wobei zwischen Innenring 12 und Außenring 14 ein Spalt 18 gebildet ist.
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Bei einer translatorischen und insbesondere elastischen Beweglichkeit des Innenrings 12 mit Bezug auf den Außenring 14 ist zwischen Innenring 12 und Außenring 14, insbesondere in dem Spalt 18, wenigstens ein elastisches Zwischenelement 20 angeordnet. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl an Zwischenelementen 20 zwischen Innenring 12 und Außenring 14 angeordnet die hier, insbesondere in dem Spalt 18, gleichmäßig verteilt sind. Die Zwischenelemente 20 sind vorzugsweise gleich aufgebaut, können aber auch voneinander abweichen. Dabei kann der Außenring 14 mit Bezug auf den Bauteilprüfstand bewegungsfest angeordnet sein, also beispielsweise ortsfest an ein Fundament angebunden sein.
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Das wenigstens eine elastische Zwischenelement 20 beziehungsweise die Mehrzahl an Zwischenelementen 20 kann dabei vorzugsweise aus Silikon-Kautschuk ausgebildet sein. Beispielsweise kann das wenigstens eine Zwischenelement 20 beziehungsweise die Mehrzahl an Zwischenelementen mehrlagig ausgestaltet sein und so eine Mehrzahl an Lagen 22, 24, 26 aufweisen.
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1 zeigt weiterhin, dass die Zwischenelemente 20 räumlich begrenzt sind und so, etwa über den Umfang des Innenrings 12 beziehungsweise des Außenring 14 eine begrenzte Breite aufweisen. Dabei kann die Anzahl der Zwischenelemente 20 insbesondere angepasst sein an das Gewicht des Prüflings beziehungsweise der Berststücke und/oder an die zu erwartende Berstdrehzahl und damit an die zu erwartende kinetische Energie des auf den Innenring 12 auftreffenden Berststücks.
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2 zeigt einen Teilbereich von Innenring 12 und Außenring 14 mit einem dazwischen angeordneten elastischen Zwischenelement 20. In 2 ist wiederum zu erkennen, dass das Zwischenelement 20 mehrlagig ausgestaltet ist und als solches beispielsweise drei Lagen 22, 24, 26 aufweisen kann. Die unterschiedlichen Lagen 22, 24, 26 können beispielsweise fest aneinander befestigt sein, wie etwa durch eine Verklebung, oder aber lösbar aneinander befestigt sein, so dass eine besonders große Variabilität mit Bezug auf das Energie-Absorptionsverhalten möglich ist.
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Um eine große Rückstellkraft zu ermöglichen und ferner das Absorptionsverhalten weiter einzustellen, kann weiterhin das wenigstens eine elastische Zwischenelement 20 in translatorischer Richtung vorgespannt sein. Die translatorische Richtung, in der eine Verformung, also eine Stauchung oder Expansion der Zwischenelemente 20, sowie eine Bewegung des Innenrings 12 mit Bezug auf den Außenring 14 möglich ist, ist dabei durch die Pfeile 28, 30 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schutzumhausung
- 12
- Innenring
- 14
- Außenring
- 16
- Aufnahmeraum
- 18
- Spalt
- 20
- Zwischenelement
- 22
- Lage
- 24
- Lage
- 26
- Lage
- 28
- Pfeil
- 30
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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