Moderne Methoden zur Betriebslastensimulation rotierender Komponenten im Fahrwerksbereich von straßen- und schienengebundenen Fahrzeugen berücksichtigen eine möglichst realitätsnahe Belastungskinematik sowie die Beanspruchungsmechanismen aus der Baugruppeninteraktion. Mit der Zweiaxialen Radprüfeinrichtung, der sog. ZWARP, wurden Anfang der 1980er Jahre die ersten Konzepte für eine verbesserte Erprobung von Rädern für Pkw und Nfz im Fraunhofer LBF entwickelt. Die zweiaxiale Belastung von Rädern, Naben und Lagern erfolgt in einer rotierenden Innentrommel als Fahrbahnersatz - das entspricht einer Bewegungsumkehr bei sonst dem Fahrbetrieb gleichartigen Belastungsmechanismen. Der vorliegende Artikel beschreibt die wesentlichen Charakteristika in dem ZWARP-Einsatz sowie den Aufbau der Prüfeinrichtungen. Das spezifische Bewegungsverhalten des Rades erlaubt die Umsetzung der Drehbewegung in die gewünschte Translation des Fahrzeugs. Damit bewegt sich ein am Radumfang angeordneter Punkt auf einer translatorisch verschobenen Kreisbahn. Dieser Punkt am Radumfang unterliegt aus der speziellen Bewegungsform schon einer zyklischen Beanspruchung, unabhängig von bisher nicht betrachteten überlagerten Anregungsmechanismen. Während die unbeschleunigte Geradeausfahrt auf idealgeometrischem ebenem Fahrweg für Achsschenkel, Lenker- und Achsbauteile einer statischen Beanspruchung entspricht, ergibt sich für das Rad bereits eine dynamische Beanspruchung. Die aus Fahrwegstörungen resultierenden Anregungsmechanismen überlagern sich den Beanspruchungen aus der Fahrwegverfolgung. Speziel für straßengebundene Fahrzeuge lassen sich die auf die Räder einwirkenden Kräfte nicht ohne Kenntnis der Kraftübertragung zwischen Fahrbahn und Reifen bestimmen. Die aus den Fahrwegunebenheiten resultierenden transienten Zusatzbelastungen überlagern sich in zufälligerweise den Kräften für die Fahrwegverfolgung. Dies bedeutet eine nur statistisch zu beschreibende Gesamtbelastung für das Rad aus den Kräften für die Fahrverfolgung sowie jenen aus den Fahrwegstörungen. Mit der Änderung der ursprünglich transienten Charakteristik der Kräfte aus der Fahrwegstörung in wenigstens für eine Radumdrehung wirksame quasistatische Zusatzkräfte kann die Belastung aus den Kräften zur Fahrwegverfolgung und der quasistationären Fahrwegstörung zusammengesetzt werden. Die ZWARP nutzt eine motorisch angetriebene Innentrommel als bewegte Fahrbahn und die Rotation des Rades um dessen horizontale Achse als funktionalen Freiheitsgrad. Das luftbereifte Rad wird mit Hilfe von servohydraulischen Aktoren gegen die Lauffläche der Trommel gedrückt und gewährleistet so den Kraftschluss in Umfangsrichtung. Aufgrund der Aufteilung des gesamten Kraftschlusses in die Bereiche Reifenlatsch und -seitenwand sowie durch die reduzierte Walkarbeit des in der Innentrommel abrollenden Reifens zeichnet sich die Räderprüfung in der ZWARP durch einen niedrigen Reifenverschleiß aus. Der am Fraunhofer LBF aufgebaute Schienenradsatzprüfstand ist in seiner technischen Konzeption direkt vergleichbar mit der ZWARP, deshalb wird er auch als Schienen-ZWARP bezeichnet. Der Fahrweg wird hier mit einem in einer Trommel montierten Schienenring simuliert, der in seiner Querschnittgestaltung einer konventionellen Schiene entspricht. Analog zu den Belastungsmechanismem in den traditionellen ZWARP werden auch die Schienenradsatzkomponenten mit Vertikal-und Seitenkräften beaufschlagt. Am Beispiel der Reifen mit Notlaufeigenschaften wird gezeigt, dass neuere technische Entwicklungen zunächst unbeachtete Implikationen auf andere Komponenten haben können. Die Fähigkeit der ZWARP zur realitätsnahen Betriebslastensimulationen zeigt das Potenzial dieser Methode.


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    Title :

    Baugruppenerprobung für straßen- und schienengebundene Räder in der integrativen Simulationsumgebung ZWARP


    Additional title:

    Holistic testing of automotive wheels and rail vehicle wheel sets by using BiAx simulation technology


    Contributors:

    Published in:

    MP Materials Testing ; 50 , 1/2 ; 20-27


    Publication date :

    2008


    Size :

    8 Seiten, 11 Bilder, 10 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German





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