DE102005053325A1

DE102005053325A1 - Method and device for simulating physical load variables of a real structure onto a test body structure which can be connected to the real structure via at least one joining region

Info

Publication number: DE102005053325A1
Application number: DE200510053325
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Matthias; Martin Dipl.Ing. Thomaier; Joachim Dr.-Ing. Bös; Dirk Dr.-Ing. Mayer; Sven Dr.-Ing. Herold; Tobias Dr.-Ing. Melz; Heiko Dipl.-Ing. Atzrodt; Thomas Dipl.-Ing. Bruder
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-10
Also published as: WO2007051650A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur experimentellen Simulation statischer oder dynamischer Wirkungen von physikalischen Belastungsgrößen von wenigstens einer Realstruktur auf eine über wenigstens eine Schnittstelle mit der Realstruktur verbindbaren Prüfkörperstruktur. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte aus: DOLLAR A Ermitteln an der wenigstens einen Schnittstelle zwischen der wenigstens einen Realstruktur und der Prüfkörperstruktur und Erstellen eines die physikalischen Belastungsgrößen repräsentierenden Datensatzes, DOLLAR A - Vorsehen wenigstens einer Aktoreinheit anstelle der wenigstens einen Realstruktur am Ort der wenigstens einen Schnittstelle und Verbinden der Prüfkörperstruktur mit der wenigstens einen Aktoreinheit und DOLLAR A - Ansteuern der wenigstens einen Aktoreinheit auf der Grundlage des die physikalischen Belastungsgrößen repräsentierenden Datensatzes zur Simulation der auf den Prüfkörper einwirkenden physikalischen Belastungsgrößen seitens der wenigstens einen Realstruktur.A method and a device are described for the experimental simulation of static or dynamic effects of physical load variables of at least one real structure on a test body structure that can be connected to the real structure via at least one interface. DOLLAR A The invention is characterized by the combination of the following process steps: DOLLAR A Determining at the at least one interface between the at least one real structure and the test body structure and creating a data record representing the physical load variables, DOLLAR A - providing at least one actuator unit instead of the at least one Real structure at the location of the at least one interface and connecting the test body structure with the at least one actuator unit and DOLLAR A - control of the at least one actuator unit on the basis of the data set representing the physical load values for the simulation of the physical load values acting on the test body on the part of the at least one real structure.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur experimentellen Simulation statischer oder dynamischer Wirkungen von physikalischen Belastungsgrößen von wenigstens einer Realstruktur auf eine über wenigstens eine Schnittstelle mit der Realstruktur verbindbaren Prüfkörperstruktur. Überdies werden eine Vorrichtung sowie ein Verfahren beschrieben, mit der bzw. mit dem die Simulation einer Realstruktur sowie Prüfkörperstruktur zu Zwecken der Untersuchung der Eigenschaften einer Schnittstelle möglich ist, über die die Realstruktur mit der Prüfkörperstruktur verbunden sind. Prüfkörperstrukturen wie auch Realstrukturen können aus einer wie auch mehreren Komponenten bestehen. Physikalische Belastungsgrößen können beispielsweise mechanische Wirkungen physikalischer Belastungsgrößen wie z.B. Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräfte, Momente sein.The The invention relates to a method and a device for the experimental simulation of static or dynamic effects of physical load sizes of at least one real structure on one via at least one interface Test specimen structure connectable to the real structure. moreover a device and a method are described with the or with the simulation of a real structure and test specimen structure too For purposes of studying the properties of an interface is possible over the the real structure with the specimen structure are connected. Prüfkörperstrukturen as well as real structures can consist of one as well as several components. physical Load variables can, for example mechanical effects of physical load factors such as e.g. Paths, speeds, accelerations, forces, moments be.

Für die Entwicklung neuartiger Strukturen, die sich aus einer Vielzahl einzelner Komponenten zusammensetzen, spielt die Kenntnis über die Festigkeit und Lebensdauer jeder einzelnen Komponente im konstruktiven Zusammenspiel mit allen übrigen die Gesamtstruktur ergebenden Komponenten eine zentrale Rolle. Um möglichst realitätsnahe Aussagen über das Systemverhalten einzelner, in einer realen Gesamtstruktur eingebundener Komponenten treffen zu können, dienen bis anhin individuell ausgebildete Prüfeinrichtungen, vermittels welcher der real existierende Strukturen und Systeme hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften unter Belastung geprüft werden können. Gilt es beispielsweise einzelne Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeuges bezüglich ihrer mechanischen Eignung und Belastbarkeit zu überprüfen, so werden häufig vollständig montierte Fahrzeugachsen in die Prüfmaschine eingebaut, um die Interaktion zwischen den einzelnen Komponenten und dem Gesamtsystem möglichst realitätsnah nachzubilden. Es liegt auf der Hand, dass insbesondere bei großbauenden und schwergewichtigen, insbesondere mechanischen Systemen der hierfür erforderliche Prüfaufwand immens ist. Trotz aller diesbezüglicher Anstrengungen bestimmte Einzelkomponenten in einen möglichst realitätsnah nachgebildeten mechanischem Strukturumfeld zu überprüfen, ist es mit derartigen Prüfaufbauten dennoch nicht möglich, das Verhalten der realen Gesamtstruktur uneingeschränkt realistisch darzustellen, zumal häufig nur Teilsystemabschnitte als eine die Realstruktur repräsentierende Prüfumgebung zu Prüfzwecken eingesetzt werden können, so dass die ermittelten Prüfergebnisse verfälscht werden.For the development novel structures composed of a large number of individual components, plays the note over the strength and life of each component in the constructive Interaction with all the others Forest resulting components play a key role. To be as possible realistic Statements about the system behavior of individual, integrated in a real forest To be able to meet components serve until now individually trained testing facilities, med which of the real existing structures and systems in terms their mechanical properties are tested under load can. Does it apply, for example, individual suspension components of a motor vehicle with respect to their To check mechanical suitability and load capacity, often become fully assembled vehicle axles in the testing machine built in to the interaction between each component and the entire system as possible imitate realistic. It is obvious that, especially in large-scale and heavyweight, in particular mechanical systems required for this test is immense. Despite all this Make certain individual components in one as possible realistically To verify the simulated mechanical structure environment, it is with such test set still not possible the behavior of the real forest is fully realistic to represent, especially since often only subsystem sections as representing the real structure test environment for testing purposes can be used so that the determined test results falsified become.

Heutzutage werden in der Entwicklung und Konstruktion häufig software-gestützte Konstruktionsprogramme eingesetzt, mit denen es möglich ist, in iterativen Entwicklungsstufen Entwicklungsergebnisse in Form numerisch vorliegender Modelle zu generieren. Sollen zu bestimmten Entwicklungsstadien experimentelle Simulationen an den vorliegenden Komponenten oder Baugruppen durchgeführt werden, beispielsweise um die Entwicklung zu parallelisieren oder um möglichst früh Kenntnisse über die Lebensdauer derartiger Komponenten zu erhalten, müssen die numerischen Modelle in Prototypen überführt werden, die wiederum mit den vorstehend genannten Prüftechniken untersucht werden. Es steht außer Frage, dass bereits die Umsetzung numerisch vorliegender Prototypenstrukturen in reale, mit gängigen Prüftechniken zu untersuchende Prototypen sehr kostenintensiv ist.nowadays In software development and design often software-based design programs used with which it is possible is, in iterative stages of development in Generate the form of numerically present models. Should to certain Developmental stages experimental simulations of the present components or assemblies performed for example, to parallelize development or as possible early knowledge about the lifetime To obtain such components, the numerical models be converted into prototypes, which in turn will be examined with the above-mentioned testing techniques. It is out of the question Question that already the implementation of numerically present prototype structures in real, with common Test Equipment to be examined prototypes is very expensive.

Im Zusammenhang mit dem vorstehend bereits zitierten konkreten Anwendungsbeispiel hinsichtlich der Überprüfung von Fahrwerkskomponenten sind Prüfaufbauten bekannt, in denen Aktoren zur Einleitung von Kräften und Momenten in eine jeweilige Fahrwerkskomponente vorgesehen sind, um die auf die jeweilige Komponente bei Normalbetrieb einwirkenden realen Belastungen möglichst nachzubilden. So geht aus einem Beitrag von Lünenbürger, A., „Versuchszeitreduzierung bei Betriebslasten-Nachfahrversuchen an Achssystemen, Meß- und Versuchstechnik im Fahrzeug", Tagung Mainz, 29. bis 30. April 1999, VDI-Berichte No. 1470, VDI-Verlag Düsseldorf, ISBN 3-18-091470-X, hervor, dass eine aktorische Einleitung von Schwingungsbelastungen mit Hilfe wenigstens eines geeigneten Aktors in eine zu untersuchende Fahrwerkskomponente zu Zwecken einer Dauerbelastungsprüfung durchgeführt wird und dies aus Gründen einer Versuchszeitverkürzung mit höheren Prüffrequenzen, die an die zu untersuchende Komponente appliziert werden.in the Connection with the already cited concrete application example regarding the review of Suspension components are test setups known in which actuators for introducing forces and moments into a respective Suspension components are provided to the respective component during normal operation acting real loads as possible replicate. Thus, from a contribution of Lünenbürger, A., "trial time reduction Operating load tracing tests on axle systems, measuring and testing technology in the vehicle ", conference Mainz, 29th to 30th April 1999, VDI reports no. 1470, VDI-Verlag Dusseldorf, ISBN 3-18-091470-X, that an actuaric introduction of Vibration loads using at least one suitable actuator is performed in a chassis component to be examined for the purposes of a continuous load test and for reasons a trial time reduction with higher test frequencies, which are applied to the component to be examined.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Zur Prüfung der Eigenschaften unter Belastung einzelner, in einer Realstruktur enthaltenen oder mit dieser verbundenen Komponenten, im Weiteren werden diese Komponenten jeweils als Prüfkörperstruktur beschrieben, gilt es eine Prüfumgebung zu schaffen, in der es für die Einleitung möglichst realitätsnaher Beanspruchungen in eine Prüfkörperstruktur notwendig ist, die realen Ankoppelbedingungen zwischen der Realstruktur und der jeweils zu untersuchenden Prüfkörperstruktur nachzubilden. Wie vorstehend beschrieben wird dies bisher dadurch erreicht, indem die Realstruktur oder wenigstens Teile der Realstruktur in die Prüfumgebung eingebunden wird, was jedoch mit einem erheblichen apparativen und kostenintensiven Aufwand verbunden ist. Des Weiteren muss für jede zu überprüfende Prüfkörperstruktur und eine mit dieser über eine Schnittstelle entsprechend zu verbindende Realstruktur eine eigens individuell ausgebildete Prüfumgebung geschaffen werden, wodurch zu den bereits erwähnten erheblichen Kostenaufwendungen ein Zeitproblem erwächst, durch das einzelne Entwicklungsstadien zeitverzögert durchgeführt werden können.In order to test the properties under load of individual components contained in or connected to a real structure, these components are each described below as a test specimen structure, it is necessary to create a test environment in which it is necessary to initiate as realistic a load as possible in a test specimen structure, to simulate the real coupling conditions between the real structure and the specimen structure to be examined. As described above, this has hitherto been achieved by incorporating the real structure or at least parts of the real structure into the test environment, which, however, involves a considerable amount of equipment and cost. Of Furthermore, for each test body structure to be checked and a real structure to be connected with it via an interface, a specially individually designed test environment has to be created, which creates a time problem for the already mentioned considerable cost expenditures by which individual development stages can be carried out with a time delay.

Die vorstehenden Nachteile gilt es zu vermeiden, vielmehr soll ein Verfahren sowie eine Vorrichtung angegeben werden, mit dem bzw. mit der eine hocheffiziente, in Bezug auf Kosten und Zeitaufwand optimierte Belastungsprüfmöglichkeit für an beliebig ausgebildete Realstrukturen fügbare Prüfkörperstrukturen möglich wird. Die lösungsgemäße Vorrichtung sowie das entsprechend angegebene lösungsgemäße Verfahren soll überdies die Möglichkeit schaffen, auch die mechanische Belastbarkeit der zwischen einer beliebig ausgebildeten Prüfkörperstruktur und einer entsprechend beliebig ausgebildeten Realstruktur vorhandenen Schnitt- bzw. Fügestelle zu untersuchen.The The above disadvantages should be avoided, but rather a method and a device can be specified, with or with the one Highly efficient, in terms of cost and time optimized load testing capability for on arbitrarily formed real structures available test body structures is possible. The solution according to the device and the corresponding specified method according to the solution should also the possibility also provide the mechanical resilience of a any desired test specimen structure and a correspondingly formed arbitrary real structure existing Cut or joint to investigate.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 3, 11 und 13 angegeben. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The solution the object underlying the invention is in the claims 1, 3, 11 and 13 indicated. The idea of solution advantageous further-forming features are the subject of the dependent claims and the further description with reference to the embodiments refer to.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee basiert auf dem teilweisen oder vollständigen Ersatz der Realstruktur durch wenigstens eine Aktoreinheit, mit der die Realstruktur und insbesondere die statischen und dynamischen Eigenschaften der Realstruktur am Ort der Schnittstelle, an der die Prüfkörperstruktur mit der Realstruktur verbindbar ist, simuliert werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der wenigstens einen Aktoreinheit ist für die zu untersuchende Prüfkörperstruktur kein Unterschied beispielsweise im mechanischen Verhalten in Bezug auf die wenigstens eine Schnittstelle erkennbar, über die die Prüfkörperstruktur mit der wenigstens einen, die Realstruktur simulierenden Aktoreinheit verbunden ist.The The idea underlying the invention is based on the partial or complete Replacement of the real structure by at least one actuator unit, with the real structure and in particular the static and dynamic Properties of the real structure at the location of the interface at the the test specimen structure can be simulated with the real structure. By a suitable control of the at least one actuator unit is for the examining specimen structure no difference for example in mechanical behavior in relation recognizable on the at least one interface over which the Prüfkörperstruktur with the at least one actuator unit simulating the real structure connected is.

Hierbei wird unter einer Aktoreinheit ein Energiewandlersystem verstanden, das eine Energieform in eine andere überführt. Typischerweise handelt es sich um mechanische Aktoren wie Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder piezokeramische Aktoren.in this connection is understood by an actuator unit an energy converter system, that transforms one form of energy into another. Typically it acts These are mechanical actuators such as hydraulic cylinders, pneumatic cylinders or piezoceramic actuators.

Für den Fall, dass die thermischen oder allgemein, die energetischen Wirkungen seitens der Realstruktur über die wenigstens eine Schnittstelle auf die Prüfkörperstruktur zu simulieren sind, sind entsprechend konfektionierte Aktoreinheiten in Form von Magnetfeldgeneratoren, Akustikwandler oder Heiz- bzw. Kühlelemente alternativ oder in Kombination zu den vorstehend genannten, mechanischen Aktoreinheiten an der Schnittstelle, stellvertretend für die Realstruktur oder zumindest Teilbereiche der Realstruktur vorzusehen. Die weiteren Ausführungen beziehen sich jedoch vornehmlich, ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens, der die vorstehenden Wirkungsalternativen mit umfasst, auf mechanische Belastungsgrößen, die es zu erfassen und entsprechend zu simulieren gilt.In the case, that the thermal or in general, the energetic effects from the real structure over to simulate the at least one interface on the test specimen structure are, are accordingly prefabricated actuator units in the form of Magnetic field generators, acoustic converters or heating or cooling elements alternatively or in combination with the abovementioned mechanical actuator units at the interface, representative of the real structure or at least Provide subareas of the real structure. Refer to the other versions but primarily, without limitation of the general concept of the invention, which includes the above effects alternatives to mechanical Load sizes that to capture it and to simulate it accordingly.

Das lösungsgemäße Verfahren zur experimentellen Simulation von statischen oder dynamischen Wirkungen physikalischer Belastungsgrößen, vorzugsweise von mechanischen Größen wie, Kräfte, Momente, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Wege etc., von wenigstens einer Realstruktur auf eine über wenigstens eine Schnittstelle mit der Realstruktur verbindbare Prüfkörperstruktur setzt sich durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte zusammen,The Solution-based method for the experimental simulation of static or dynamic effects physical load sizes, preferably of mechanical quantities like, forces Moments, speeds, accelerations, paths, etc., of at least a real structure over one at least one interface with the real structure connectable test specimen structure continues through the combination of the following process steps together,

Zunächst ist es erforderlich, die physikalischen Belastungsgrößen an der wenigstens einen Schnittstelle der Realstruktur hinsichtlich ihrer statischen und dynamischen Eigenschaften zu ermitteln, ein Vorgang der entweder auf Basis numerischer Berechnungen erfolgt oder mittels sensorischer Erfassung an einer real ausgebildeten und im Betrieb befindlichen Realstruktur. Die im Wege der vorstehenden Ermittlung erhaltenen Wirkungen physikalischer Belastungsgrößen werden in Form eines mit Hilfe einer geeigneten Rechner- oder Logikeinheit auswertbaren Datensatzes abgespeichert. Im Weiteren wird wenigstens eine Aktoreinheit anstelle der Realstruktur am Ort der wenigstens einen Schnittstelle vorgesehen, die mit der Prüfkörperstruktur unter Ausbildung einer beispielsweise mechanischen Wirkverbindung verbunden wird.First is it requires the physical load quantities at the at least one interface the real structure in terms of its static and dynamic properties to determine a process based either on numerical calculations takes place or by means of sensory detection on a real trained and real structure in operation. By way of the above Determination obtained effects of physical load variables in the form of one with the help of a suitable computer or logic unit stored evaluable record. In addition, at least an actuator unit instead of the real structure at the location of at least an interface provided with the test specimen structure under training a mechanical connection, for example, is connected.

Soll die gesamte Realstruktur substituiert werden, so gilt es an allen Schnittstellen zwischen der Prüfkörperstruktur und der Realstruktur geeignet ausgebildete Aktoreinheiten vorzusehen. In Fällen, in denen jedoch nur Teilbereiche der Realstruktur simuliert werden sollen, kann die Prüfkörperstruktur an einigen Schnittstellen tatsächlich mit der Realstruktur verbunden bleiben und an ausgewählten weiteren, zu simulierenden Teilbereichen der Realstruktur sind entsprechende Aktoreinheiten vorzusehen.Should the entire real structure are substituted, so it is valid at all Interfaces between the specimen structure and to provide the real structure suitably designed actuator units. In cases, in which, however, only partial areas of the real structure are simulated should, the test specimen structure actually on some interfaces stay connected to the real structure and to selected others, too simulating subareas of the real structure are corresponding Provide actuator units.

Wenigstens die eine mit einer Schnittstelle zur Prüfkörperstruktur verbundene Aktoreinheit wird im Weiteren auf der Grundlage des die Wirkung physikalischer Belastungsgrößen der Realstruktur repräsentierenden Datensatzes zur Simulation der auf den Prüfkörper einwirkenden physikalischer Belastungsgrößen der Realstruktur angesteuert.At least one connected to an interface to the test specimen structure actuator is further based on the effect of physical Loads of the Representing real structure Data set to simulate the physical force acting on the specimen Loads of the Real structure driven.

Um zu gewährleisten, dass die Einleitung der physikalischen Belastungsgrößen in einer kontrolliert und exakt vorgegebenen Weise über die wenigstens eine Aktoreinheit in den Bereich der Schnittstelle erfolgt, ist ein geregelter bzw. gesteuerter Betrieb der wenigstens einen Aktoreinheit vorteilhaft. Hierzu werden die durch die wenigstens eine Aktoreinheit im Bereich der Schnittstelle auf die Prüfkörperstruktur eingeleiteten physikalischen Belastungsgrößen sensoriell erfasst, wodurch Kenntnis über das aktuelle Systemverhalten an der wenigstens einen Schnittstelle gewonnen wird. Für eine nahezu realistische Nachbildung bzw. Simulation der Realstruktur an der Schnittstelle zur Prüfkörperstruktur erfolgt somit die Ansteuerung der wenigstens einen Aktoreinheit auf der Grundlage eines Abgleichens zwischen der sensoriell erfassten tatsächlichen Wirkung der Aktoreinheit im Bereich der Schnittstelle mit dem die physikalischen Belastungsgrößen der Realstruktur repräsentierenden Datensatz. Je nach Anzahl der zwischen der Prüfkörperstruktur und der zu simulierenden Realstruktur vorzusehenden Schnittstellen sind für eine reale Nachbildung der statischen und dynamischen Eigenschaften der Realstruktur an jeder einzelnen Schnittstelle entsprechend ausgelegte Aktoreinheiten vorzusehen, die die physikalischen Belastungsgrößen, vornehmlich die mechanischen Größen, wie Kräfte, Momente, Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, in allen erforderlichen Freiheitsgraden generieren; zumeist reichen für eine reale Nachbildung der mechanischen Eigenschaften der Realstruktur Aktorwirkungen in sechs unterschiedlichen Freiheitsgraden aus.Around to ensure, that the initiation of physical stress variables in one controlled and exactly predetermined way on the at least one actuator unit into the area of the interface, is a regulated or controlled operation of the at least one actuator unit advantageous. For this purpose, the at least one actuator unit in the area the interface initiated on the test specimen structure physical load factors sensorially captures knowledge of the current system behavior at the at least one interface is won. For an almost realistic simulation or simulation of the real structure at the interface to the test specimen structure Thus, the control of the at least one actuator unit on the basis of a balance between the sensory acquired actual Effect of the actuator unit in the area of the interface with the physical load variables of Representing real structure Record. Depending on the number of between the test specimen structure and the simulated Real structure interfaces are for a real replica of the static and dynamic properties of the real structure at each Provide each actuator appropriately designed actuator units, the physical load factors, especially the mechanical ones Magnitudes, like forces, moments, Paths, speeds, accelerations, in all required Generate degrees of freedom; usually enough for a real replica of the mechanical properties of the real structure actuator effects in six different degrees of freedom.

Je nach einem zu erzeugenden Kräfte- bzw. Momentenmuster eignen sich als Aktoreinheiten z.B. hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Aktoreinheiten, die in Alleinstellung oder in Kombination eingesetzt werden können. Weiterhin eignen sich insbesondere multifunktionale Wandlerwerkstoffe, wie beispielsweise piezoelektrische Materialien.ever according to a force to be generated or moment patterns are suitable as actuator units, e.g. hydraulic, pneumatic or electromotive actuator units, in isolation or in combination. Furthermore, are particularly suitable multifunctional transducer materials, such as piezoelectric Materials.

Mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung bzw. des lösungsgemäßen Verfahrens eröffnet sich überdies die Möglichkeit, durch bloßen Austausch bzw. bloße Variation des die Wirkung der physikalischen Belastungsgrößen seitens eines Realsystem beschreibenden und repräsentierenden Datensatzes vollkommen unterschiedliche Realstrukturen zu simulieren ohne diese real nachbilden zu müssen. Durch Austausch dieser Systembeschreibung kann durch spezielle Ansteuerung der wenigstens einen Aktoreinheit das statische und dynamische Systemverhalten beliebiger Realstrukturen simuliert werden.With Help the device according to the solution or of the method according to the invention open moreover the possibility, by mere Exchange or mere Variation of the effect of physical stress levels on the part a data system describing and representing a real system completely to simulate different real structures without realizing them to have to. By Replacement of this system description can be done by special control the at least one actuator unit the static and dynamic system behavior any real structures can be simulated.

Hierdurch kann sowohl der experimentelle aber insbesondere auch der finanzielle Aufwand, der mit der Bereitstellung einer Realstruktur verbunden ist, vollständig vermieden werden. Gilt es beispielsweise Zubehörteile für komplex gestaltete Systeme zu entwickeln, wie beispielsweise Radaufhängungen an KFZ-Antriebsachsen, so können als Prototypen vorliegende Radaufhängungsstrukturen unter realitätsnahen Randbedingungen untersucht werden, um zielorientierte Produktverbesserungen vornehmen zu können. Der hierfür erforderliche Prüfaufbau sowie Prüfaufwand kann gegenüber herkömmlichen Prüfeinrichtungen deutlich vereinfacht werden, zumal keine Originalkomponenten als Realitätsstrukturen erforderlich sind. Auch an der Realstruktur vorzunehmende Änderungen können durch einfache numerische Manipulationen am vorliegenden, die Realstruktur repräsentierenden Datensatz vorgenommen werden.hereby can be both experimental and especially financial Effort associated with providing a real structure Completely be avoided. For example, does it apply accessories for complex systems? develop such as suspensions on motor vehicle axles, so can as prototypes present wheel suspension structures under realistic Boundary conditions are explored to target product improvements to be able to make. The one for this required test setup as well as testing effort can be opposite usual testing equipment be significantly simplified, especially since no original components as reality structures required are. Also changes to the real structure can by simple numerical manipulations on the present, the real structure representing Record are made.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung sowie das damit verbundene Verfahren zur Simulation physikalischer Belastungsgrößen seitens einer Realstruktur auf eine über wenigstens eine Schnittstelle mit der Realstruktur verbindbaren Prüfkörperstruktur dient der Vermeidung des Einsatzes einer real vorliegenden Realstruktur. Hierdurch lässt sich eine mit einer Realstruktur zu verbindende Prüfkörperstruktur in ihren statischen und dynamischen Eigenschaften zum Zwecke einer schnellen und ökonomischen Produktentwicklung untersuchen. Diesen lösungsgemäßen Gedanken in konsequenter Weise weitergebildet führt zu einer Vorrichtung und einem Verfahren bei der bzw. bei dem sowohl die vorstehend beschriebene Realstruktur, als auch der Prüfkörperstruktur mit der gleichen Zielsetzung wie vorstehend beschrieben jeweils durch wenigstens eine Aktoreinheit substituiert werden, d.h. die über wenigstens eine Schnittstelle in Wirkverbindung stehenden Aktoreinheiten vermögen die statischen und dynamischen Eigenschaften sowohl der realen Prüfkörperstruktur als auch der Realstruktur im Bereich der Schnittstelle realitätsnah nachzubilden. In diesem Fall ist es möglich, die Schnittstelle selbst zu untersuchen, ohne dabei den prüftechnischen Aufwand einer realen Ausbildung und Bereitstellung von Prüfkörperstruktur und Realstruktur betreiben zu müssen.The above-described device and the associated method for the simulation of physical load variables on the basis of a real structure on one over connect at least one interface with the real structure Prüfkörperstruktur serves to avoid the use of a real real structure. This leaves itself a test body structure to be connected to a real structure in their static and dynamic properties for the purpose of a fast and economical Investigate product development. This solution-minded thought in more consistent Way further educated leads to a device and a method in which or both the above-described real structure as well as the specimen structure with the same objective as described above respectively be substituted by at least one actuator unit, i. the over at least an interface operatively connected Aktoreinheiten assets that static and dynamic properties of both the real specimen structure as well as the real structure in the interface realistically. In this case it is possible to examine the interface itself, without doing the testing Effort of a real training and provision of test specimen structure and real structure.

In gleicher Weise, in der wie vorstehend beschrieben, die wenigstens eine, die Realstruktur repräsentierende Aktoreinheit im Rahmen eines Regelkreises unter Zugrundelegung einer die stationären und dynamischen Eigenschaften der Realstruktur repräsentierenden Datensatzes angesteuert wird, gilt es auch, die wenigstens eine, die Prüfkörperstruktur substituierende Aktoreinheit in gleicher Weise anzusteuern. Sowohl für die Ermittlung des die statischen und dynamischen Eigenschaften der Prüfkörperstruktur repräsentierenden Datensatzes als auch für die regeltechnisch und sensoriell überwachte Ansteuerung der wenigstens einen, die Prüfkörperstruktur ersetzende Aktoreinheit gelten die gleichen Maßnahmen und Vorkehrungen, die vorstehend zur Simulation der Realstruktur unter Verwendung wenigstens einer die statisch und dynamischen Eigenschaften der Realstruktur nachahmenden Aktoreinheit erläutert worden sind.In the same manner in which, as described above, the at least one actuator unit representing the real structure is actuated in the context of a control loop on the basis of a data record representing the stationary and dynamic properties of the real structure, it is also true that the at least one actuator unit substituting the test body structure in FIG to drive in the same way. Both for the determination of the data set representing the static and dynamic properties of the test specimen structure and for the control and sensorially monitored actuation of the at least one actuator unit replacing the specimen structure, the same measures and precautions apply as above for the simulation of the real structure using at least one of the statically and dynamic property have been explained in the real structure mimicking actuator unit.

Das vorstehend ausgeführte lösungsgemäße Verfahren sowie die damit verbundene Vorrichtung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert.The outlined above Solution-based method and the associated device are below Reference to specific embodiments explained in more detail.

Kurze Beschreibung der ErfindungShort description of invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mechanische Wirkungen physikalischer Belastungsgrößen. Daneben sind weitere Wirkungen physikalischer Belastungsgrößen wie z.B. thermische, magnetische, elektrische, chemische, akustische abbildbar, auf die jedoch nicht weiter eingegangen wird. Es zeigen:The Invention will be described below without limiting the general inventive concept of exemplary embodiments described by way of example with reference to the drawings. These embodiments refer to mechanical effects of physical load variables. Besides are further effects of physical stress factors such as e.g. thermal, magnetic, electrical, chemical, acoustic reproducible, but will not be discussed further. Show it:

1a-1d a) schematisierte Prüfszenario zur experimentellen Simulation einer Realstruktur, b) schematisierte Darstellung einer Prüfkörperstruktur mit einer über zwei Schnittstellen verbundenen Realstruktur, c, d) weitere schematisierte Prüfszenarien 1a - 1d a) schematized test scenario for the experimental simulation of a real structure, b) schematic representation of a test specimen structure with a real structure connected via two interfaces, c, d) further schematized test scenarios

2a Darstellung eines herkömmlichen Prüfaufbaus zur Untersuchung einer Anhängevorrichtung an einem Kraftfahrzeug, 2a Representation of a conventional test setup for testing a hitch on a motor vehicle,

2b lösungsgemäß ausgebildete Prüfvorrichtung zur Untersuchung einer Anhängevorrichtung, 2 B according to the invention designed test device for testing a hitch,

3a, 3b a) Darstellung eines herkömmlichen Versuchsaufbau zur Untersuchung der Lagerung eines Schiffsmotors, b) Darstellung eines lösungsgemäßen Versuchsaufbaus zur Untersuchung der auf die Schnittstelle einwirkenden Kräfte gemäß des Versuchsaufbaus in 3a. 3a . 3b a) Representation of a conventional experimental setup for investigating the bearing of a marine engine, b) Illustration of a test setup according to the invention for investigating the forces acting on the interface according to the experimental setup in 3a ,

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to execute the Invention, industrial applicability

In 1a ist ein allgemein gültiges schematisiertes Ausführungsbeispiel zur Erläuterung einer Prüfkörperstruktur 1 dargestellt, die über eine Vielzahl von Schnittstellen 2 in statischer und/oder dynamischer Wechselwirkung mit unterschiedlichen Realstrukturen S₁, S₂...S_n oder unterschiedlichen Bereichen einer Realstruktur 3 steht. Die der lösungsgemäßen Vorrichtung zugrunde liegende Idee besteht in der Substitution der Realstrukturen S₁, S₂...S_n oder Bereiche der Realstruktur 3 durch die statischen und dynamischen Eigenschaften der Realstruktur längs der einzelnen Schnittstellen 2 simulierende Aktoreinheiten. In 1b ist hierzu stark schematisiert eine Prüfkörperstruktur 1 dargestellt, die über zwei Schnittstellen 2 mit jeweils einer multiaxialen Aktoreinheit 4 verbunden ist, von der jede einzelne Aktoreinheit 4 mechanische Belastungen wie Kräfte, Momente, Geschwindigkeiten usw. auf die Prüfkörperstruktur 1 derart überträgt, so dass die Prüfkörperstruktur 1 in gleicher Weise mechanischen Belastungen unterworfen ist, als wäre die Prüfkörperstruktur 1 tatsächlich mit einer Realstruktur verbunden.In 1a is a generally schematic embodiment for explaining a test specimen structure 1 represented by a variety of interfaces 2 in static and / or dynamic interaction with different real structures S ₁ , S ₂ ... S _n or different regions of a real structure 3 stands. The idea underlying the device according to the invention consists in the substitution of the real structures S ₁ , S ₂ ... S _n or regions of the real structure 3 through the static and dynamic properties of the real structure along the individual interfaces 2 simulating actuator units. In 1b For this purpose, a test body structure is highly schematic 1 shown over two interfaces 2 each with a multiaxial actuator unit 4 is connected, from each individual actuator unit 4 mechanical loads such as forces, moments, velocities, etc. on the test specimen structure 1 transfers so that the test specimen structure 1 subjected in the same way mechanical loads, as would be the test specimen structure 1 actually connected to a real structure.

Um eine möglichst realitätsgetreue Nachbildung der statischen sowie auch dynamischen Belastungen und Randbedingungen auf die Prüfkörperstruktur 1 durch die Aktoreinheiten realisieren zu können, werden die durch die jeweiligen Aktoreinheiten 4 auf die Prüfkörperstruktur 1 einwirkenden Kräfte/Momente Geschwindigkeiten u.ä. mit Hilfe geeigneter Sensoren 5 erfasst, deren Sensorsignale jeweils über eine Regeleinheit R₁, R₂ rückgeführt werden, in denen die Sensorsignale durch Abgleich mit entsprechenden Referenzdaten, die dem realen Belastungsmuster durch die Realstruktur entsprechen, verglichen werden, um entsprechende Regelsignale zur Ansteuerung der jeweiligen Aktoreinheit 4 zu generieren. Dies ermöglicht einen geregelten sowie gesteuerten Betrieb der Aktoreinheiten 4, die über entsprechende Gegenlager 6 abgestützt sind und somit zugleich auch die Last der Prüfkörperstruktur 1 vollständig aufzunehmen vermögen.In order to reproduce the static as well as dynamic loads and boundary conditions as realistically as possible on the test specimen structure 1 to be able to realize by the actuator units are the by the respective actuator units 4 on the test specimen structure 1 acting forces / moments speeds u.ä. with the help of suitable sensors 5 detected, the sensor signals are each returned via a control unit R ₁ , R ₂ , in which the sensor signals are compared by comparison with corresponding reference data corresponding to the real load pattern through the real structure, to corresponding control signals for controlling the respective actuator unit 4 to generate. This allows a controlled and controlled operation of the actuator units 4 that have corresponding counter bearings 6 supported and thus at the same time also the load of the test specimen structure 1 able to absorb completely.

Das in 1c dargestellte Prüfszenario soll verdeutlichen, dass nicht notwendiger Weise an alle Schnittstellen 2 zwischen der Prüfkörperstruktur 1 und den Realstrukturen S1, S2, ..., Sn oder den Bereichen einer Realstruktur 3 anstelle der Realstruktur jeweils eine Aktoreinheit vorzusehen sind, vielmehr sind Prüfungen an Prüfkörperstrukturen denkbar, die während der Belastungsprüfung mit wenigstens einer Realstruktur 3* verbunden bleiben.This in 1c The test scenario presented should make it clear that not necessarily all interfaces 2 between the specimen structure 1 and the real structures S1, S2,..., Sn or the real structure regions 3 Instead of the real structure in each case one actuator unit are provided, but tests on test body structures are conceivable, during the stress test with at least one real structure 3 * stay connected.

In 1d ist ein Fall dargestellt, bei dem zwei Prüfkörperstrukturen 1 und 1' über wenigstens eine Schnittstelle 2' verbunden sind. Selbstverständlich können noch weitere Prüfkörperstrukturen über entsprechende weitere Schnittstellen miteinander verbunden bzw. gekoppelt sein. Zur Belastungsprüfung der miteinander gekoppelten Prüfkörperstrukturen 1 und 1' werden, wie vorstehend beschrieben, an allen oder nur an ausgewählten Schnittstellen 2 Aktoreinheiten zur Simulation der statischen oder dynamischen Eigenschaften der Realstruktur vorgesehen. Zusätzlich ist es möglich die zwischen beiden Prüfkörperstrukturen 1 und 1' vorhandene Schnittstelle 2' ebenfalls mit wenigstens einer Aktoreinheit zu versehen, mit der die statischen oder dynamischen Eigenschaften einer oder beider Prüfkörperstrukturen simuliert werden können. Werden alle beteiligten Real- (3, 3') und Prüfkörperstrukturen (1, 1') jeweils durch eine Aktoreinheit ersetzt, so lassen sich die Schnittstellen selbst in Ihren Belastungseigenschaften untersuchen.In 1d a case is shown in which two test body structures 1 and 1' via at least one interface 2 ' are connected. Of course, further test body structures can be connected or coupled to one another via corresponding further interfaces. For load testing of the coupled test body structures 1 and 1' as described above, at all or only at selected interfaces 2 Actuator provided to simulate the static or dynamic properties of the real structure. In addition, it is possible between the two test body structures 1 and 1' existing interface 2 ' likewise to be provided with at least one actuator unit with which the static or dynamic properties of one or both test body structures can be simulated. Will all involved real- ( 3 . 3 ' ) and specimen structures ( 1 . 1' ) each by replaced an actuator, so the interfaces themselves can be examined in their load characteristics.

In der Bilddarstellung gemäß 2a ist eine herkömmliche Situation dargestellt, um die Betriebsfestigkeitsprüfung von PKW-Anhängevorrichtungen 7 in einem möglichst realitätsnahen Prüfumfeld durchzuführen. Hierzu wird ein reales Kraftfahrzeug 8 in einen hierfür angepassten Prüfstand 9, 10 integriert, wobei die zu überprüfende Anhängervorrichtung 7 in bestimmungsgemäßer Weise mit dem Kraftfahrzeug 8 verbunden wird. Auf diese Weise können die Randbedingungen realitätsnah dargestellt werden, so dass auch in der gesamten Anhängevorrichtung jene mechanischen Beanspruchungen erzeugt werden, die sich auch während des realen Betriebes des Kraftfahrzeuges 8 einstellen. Um die Beanspruchungen in der zu untersuchenden Prüfkörperstruktur, d.h. innerhalb der PKW-Anhängevorrichtung 7, zu erfassen, werden zusätzliche Belastungen beispielsweise über einen hydraulischen Prüfzylinder 10 auf die Anhängevorrichtung 7 eingebracht. Dies erfolgt durch entsprechende Einleitung von Kräften F₁, F₂, F₃ sowie Verschiebungen x₁, x₂ und x₃ jeweils längs der in 2a dargestellten Raumrichtungen. Um die Beanspruchung innerhalb der Prüfkörperstruktur 7 zu erfassen, kann der Spannungszustand innerhalb der Anhängevorrichtung 7 mit Hilfe geeignet angebrachter Dehnmessstreifen 11 erfasst.In the image representation according to 2a A conventional situation is illustrated for the fatigue testing of passenger vehicle towbars 7 in a test environment that is as realistic as possible. For this purpose, a real motor vehicle 8th in a test stand adapted for this purpose 9 . 10 integrated, wherein the trailer device to be checked 7 in the intended manner with the motor vehicle 8th is connected. In this way, the boundary conditions can be represented close to reality, so that in the entire hitch those mechanical stresses are generated, which also during the real operation of the motor vehicle 8th to adjust. To the stresses in the test body structure to be examined, ie within the car hitch 7 , to capture, additional loads, for example, via a hydraulic test cylinder 10 on the hitch 7 brought in. This is done by appropriate introduction of forces F ₁ , F ₂ , F ₃ and displacements x ₁ , x ₂ and x ₃ respectively along the in 2a shown spatial directions. To the stress within the test specimen structure 7 To detect the state of tension within the hitch 7 with the help of suitable strain gauges 11 detected.

Es liegt auf der Hand, dass das in 2a dargestellte Prüfszenario die Notwendigkeit zumindest einer KFZ-Rohkarosserie erfordert, an die die zu prüfende Anhängevorrichtung 7 anzubringen ist. Dies erhöht zum einen den Prüfaufwand, zum anderen sind in frühen Phasen der Gesamtfahrzeugentwicklung häufig keine Karosserieprototypen verfügbar. Im Weiteren stellt sich für den Hersteller universell einsetzbarer Anhängevorrichtungen das Problem, dass für jeden unterschiedlichen Fahrzeugtyp eine Extrakarosserie oder entsprechende Teile der Karosserie zur Verfügung gestellt werden müssen.It is obvious that in 2a test scenario described requires the need for at least one bodywork car to which the towing hitch to be tested 7 is to be attached. On the one hand, this increases the testing effort, and on the other hand, often no prototype body prototypes are available in the early stages of overall vehicle development. Furthermore, the manufacturer of universally applicable towing devices has the problem that an extra body or corresponding parts of the body must be made available for each different vehicle type.

In 2b ist eine lösungsgemäße Prüfsituation gezeigt, bei der die Anhängevorrichtung 7 anstelle der KFZ-Karosserie jeweils an ihren bestimmungsgemäßen Schnittstellen 2 mit jeweils einer Aktoreinheit 12, 13 verbunden ist, über die realitätsnah die gleichen Kräfte, Momente, Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen auf die Anhängerkupplung 7 eingeleitet werden, gleichsam jenem Fall, in dem die Anhängervorrichtung 7 an der realen Fahrzeugkarosserie montiert wäre. Die Krafteinleitung durch die Aktoreinheiten 12, 13 zur realitätsnahen Simulation der Realstruktur in Form einer KFZ-Karosserie erfolgt an jeder Schnittstelle 2, vorzugsweise um sechs räumliche Freiheitsgrade, wobei jede einzelne Aktoreinheit 12, 13 aus hybrid zusammengesetzten, einzelnen Aktoren bestehen kann. Beispielsweise zur Einleitung niederfrequenter Schwingungen in den Bereich der Schnittstelle dienen hydraulische oder pneumatische Prüfzylinders, zur Einkopplung hochdynamischer bzw. hochfrequenter Schwingungen sind hingegen elektrodynamischer Shaker oder Aktoren, die auf Basis multifunktionaler Werkstoffe arbeiten, geeignet. Diese Aktorsysteme können in geeigneter Weise kombiniert werden, um das gesamte Schwingungsbelastungsspektrum abdecken zu können.In 2 B a solution according to the test situation is shown, in which the hitch 7 instead of the vehicle body in each case at their designated interfaces 2 each with an actuator unit 12 . 13 connected to the realistic near the same forces, moments, ways, speeds, accelerations on the trailer hitch 7 be initiated, as that case in which the trailer device 7 would be mounted on the real vehicle body. The force transmission through the actuator units 12 . 13 The realistic simulation of the real structure in the form of a car body takes place at each interface 2 , preferably by six spatial degrees of freedom, each individual actuator unit 12 . 13 may consist of hybrid composed, individual actuators. For example, for introducing low-frequency vibrations in the region of the interface serve hydraulic or pneumatic test cylinder, for coupling highly dynamic or high-frequency vibrations, however, are electrodynamic shaker or actuators that work on the basis of multifunctional materials suitable. These actuator systems can be suitably combined to cover the entire vibration load spectrum.

Jede einzelne Aktoreinheit 12, 13 wird in einer Weise aktiviert, die den statischen dynamischen Eigenschaften der Realstruktur entsprechen. Hierzu ist es erforderlich, das statische und dynamische Verhalten der Realstruktur in jedem relevanten Betriebszustand, der durch unterschiedliche Frequenzbereiche charakterisierbar ist, zu kennen um die entsprechenden Aktoreinheiten in geeigneter Weise anzusteuern bzw. zu regeln. So gilt es bei der Simulation einer Kraftfahrzeugkarosserie bspw. ihre innewohnende Federsteifigkeit sowie auch ihr Dämpfungsverhalten statisch wie auch dynamisch mit Hilfe der Aktoreinheiten 12, 13 zu simulieren. In Analogie zur Elektrotechnik, bei der das Verhalten elektrischer Schaltungen, die zumeist als Blackbox aufgefasst werden und durch das Verhältnis aus Spannung und Strom beschreibbar sind, wofür der Begriff Impedanz verwendet wird, wird der Begriff der Impedanz auch auf mechanische Systeme angewendet. Im Falle mechanischer Systeme, wie im Falle der KFZ-Karosserie gemäß dem Ausführungsbeispiel in der 2a, wird die Impedanz Z als Verhältnis zwischen Kraft und Geschwindigkeit definiert, mit der die Realstruktur auf die jeweiligen Schnittstellen einwirkt. Für jede Schnittstelle kann somit eine Impedanzformulierung gefunden werden, die das Verhältnis zwischen Kraft und Geschwindigkeit beschreibt. Um das richtige statische und dynamische Verhalten der Realstruktur am Ort einer Schnittstelle zu jedem Zeitpunkt abzubilden, muss die Impedanz Z für jede Schnittstelle bekannt sein. Um die Impedanz Z für jede einzelne Schnittstelle 2 zu erhalten kann auf Messungen zurückgegriffen werden, in denen die Kraft F sowie die Auslenkungsgeschwindigkeiten v an jeder Schnittstelle an einer im Betrieb befindlichen Realstruktur vermessen werden. Ebenfalls ist es möglich, durch numerische Simulation die von einer Realstruktur über eine Schnittstelle übertragene Kraft sowie die dynamische Auslenkungsgeschwindigkeit, mit der die Schnittstelle durch den Betrieb der Realstruktur in Bewegung versetzt wird, zu erhalten. In der Regel ergibt sich so ein Impedanzverlauf Z der abhängig von der Frequenz ist, so dass sich typischerweise ein komplexer Zusammenhang zwischen dem Bewegungs- bzw. Schwingungsmuster der Realstruktur in Abhängigkeit ihres Betriebszustandes sowie den über die jeweilige Schnittstelle übertragenen Kräften und Auslenkgeschwindigkeiten ergibt.Every single actuator unit 12 . 13 is activated in a way that matches the static dynamic properties of the real structure. For this purpose, it is necessary to know the static and dynamic behavior of the real structure in each relevant operating state, which can be characterized by different frequency ranges, in order to control the corresponding actuator units in a suitable manner. So it is in the simulation of a motor vehicle body, for example. Their inherent spring stiffness and their damping behavior static as well as dynamic with the help of the actuator units 12 . 13 to simulate. In analogy to electrical engineering, in which the behavior of electrical circuits, which are usually understood as a black box and are described by the ratio of voltage and current, for which the term impedance is used, the term of the impedance is also applied to mechanical systems. In the case of mechanical systems, as in the case of the motor vehicle body according to the embodiment in the 2a , the impedance Z is defined as the ratio between force and velocity with which the real structure acts on the respective interfaces. Thus, for each interface, an impedance formulation can be found that describes the relationship between force and velocity. In order to map the correct static and dynamic behavior of the real structure at the location of an interface at any point in time, the impedance Z must be known for each interface. To the impedance Z for each individual interface 2 To obtain measurements in which the force F and the deflection velocities v at each interface are measured on a real structure in operation can be resorted to. It is also possible to obtain by numerical simulation the force transmitted by a real structure via an interface and the dynamic deflection speed with which the interface is set in motion by the operation of the real structure. As a rule, this results in an impedance curve Z which is dependent on the frequency, so that there is typically a complex relationship between the motion or vibration pattern of the real structure as a function of its operating state and the forces and deflection speeds transmitted via the respective interface.

Für die Ansteuerung bzw. Regelung der die Realstruktur substituierenden Aktoreinheiten 12, 13 gilt es, die Aktoreinheiten zu jedem Zeitpunkt und somit auch in allen Frequenzbereichen unter Zugrundelegung der ermittelten frequenzabhängigen Impedanz Z anzusteuern. Um das auf die Anhängevorrichtung 7 übertragene simulierte statische und dynamische Verhalten der Realstruktur so realitätsnah wie nur möglich übertragen zu können, werden im Bereich der Schnittstellen 2 entsprechende Sensoraufnehmer, beispielsweise in Form von Kraft und Geschwindigkeitsaufnehmern vorgesehen, die den aktuellen Belastungszustand der Anhängevorrichtung im Bereich der Schnittstelle erfassen. Die auf diese Weise erhaltenen Sensorsignale werden über Regeleinrichtungen R₁ und R₂ den Aktoreinheiten 12, 13 zugeführt, um im Rahmen eines Regelkreises das statische und dynamische Systemverhalten der simulierten Realstruktur realitätsnah nachzubilden. Die Impedanzbeschreibung stellt nur eine beispielhafte Möglichkeit dar das Verhalten zu beschreiben.For the control or regulation of the Real structure substituting actuator units 12 . 13 It is necessary to control the actuator units at any time and thus also in all frequency ranges on the basis of the determined frequency-dependent impedance Z. To do this on the hitch 7 transferred simulated static and dynamic behavior of the real structure as realistic as possible to be transmitted, are in the range of interfaces 2 corresponding Sensoraufnehmer, for example in the form of force and speed sensors provided that detect the current load condition of the hitch in the interface. The sensor signals obtained in this way are the actuator units via control devices R ₁ and R ₂ 12 . 13 fed in the context of a control loop to simulate the static and dynamic system behavior of the simulated real structure close to reality. The impedance description is just one example of how to describe the behavior.

Die auf die Anhängevorrichtung 7 einwirkende Belastung, die zur Untersuchung der Beanspruchbarkeit der Anhängevorrichtung 7 erforderlich ist, wird gleichfalls zwecks einer möglichst realitätsnahen Nachbildung tatsächlich auf die Anhängevorrichtung einleitenden Kräfte, Momente, Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen mit Hilfe einer Aktoreinheit, die zumeist als hydraulische Aktoreinheit 10 ausgebildet ist, bewerkstelligt. Hierzu wirkt die hydraulische Aktoreinheit 10 unmittelbar auf den Anhängekopf der Anhängevorrichtung 7 ein.The on the hitch 7 acting load used to examine the toughness of the hitch 7 is required is also for the purpose of a realistic as possible replication actually leading to the hitch forces, moments, paths, speeds, accelerations with the help of an actuator, usually as a hydraulic actuator unit 10 is formed, accomplished. For this purpose, the hydraulic actuator unit acts 10 directly on the trailer head of the hitch 7 one.

Mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung kann auf die Verwendung von Karosserien oder Teilen von Karosserien vollständig verzichtet werden, wodurch der gesamte Versuchsaufbau sehr flexibel und kompakt realisiert werden kann. Insbesondere können unterschiedliche Karosserietypen in ein und dem gleichen Prüfstand untersucht werden, ohne dass konstruktive Umbauten erforderlich sind, zumal die Karosserien lediglich virtuell in entsprechend ermittelten Datensätzen, wie eingangs beschrieben, vorliegen. Zwar bedarf es zur erfolgreichen Durchführung der Prüfstrukturuntersuchung zunächst eines erhöhten Aufwandes hinsichtlich der Ermittlung von Daten, die die statischen und dynamischen Eigenschaften einer Realstruktur beschreiben, doch können nach Vorlage derartiger Informationen umfangreiche Untersuchungen an nahezu beliebig ausgeführten Prüfkörperstrukturen durchgeführt werden.With Help the device according to the solution can completely dispensed with the use of bodies or parts of bodies which makes the entire experimental setup very flexible and compact can be realized. In particular, different body types can in one and the same test stand be investigated without requiring constructive modifications are, especially since the bodies only in virtual determined accordingly Records as described above, are present. Although it requires successful execution the test structure investigation first one raised Expenditure related to the determination of data, the static and dynamic properties of a real structure, but can after Submission of such information extensive investigations almost arbitrarily executed Prüfkörperstrukturen carried out become.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Beschreibung der lösungsgemäßen Vorgehensweise zur Belastungsprüfung von Prüfkörperstrukturen ist in 3a und 3b dargestellt. Gemäß 3a ist ein herkömmlicher Versuchsaufbau gezeigt, mit dem die Motorlagerung z.B. von Schiffsaggregaten untersucht werden kann. Derartige Motorlagerungen haben im wesentlichen zwei Aufgaben: Zum einen müssen sie die mechanischen Lasten der im Betrieb befindlichen Schiffsaggregate 14 ertragen, zum anderen sollen sie die Übertragung mechanischer Schwingungen möglichst reduzieren, um Schwingungs- und Lärmquellen zu vermeiden die anderenfalls zu Lärmbelästigung, Komfortreduzierungen oder Schallabstrahlung führen. Üblicherweise stehen Schiffsaggregate 14 auf geeignet ausgebildete Lager 15, die ihrerseits auf einem stabilen Untergrund 16 lasten, der bspw. Teil der Schiffsstruktur ist. Um die Lager 15 an die gegebenen Betriebsbedingungen möglichst optimal anzupassen, bedurfte es bisher der Inbetriebnahme geeignet ausgebildeter Schiffsaggregate und der Durchführung entsprechender Untersuchungen gemäß dem Versuchsaufbau in 3a. Mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorgehensweise ist es jedoch möglich, die Ankoppelbedingungen des Schiffsaggregates 14 auf einem stabilen Untergrund 16 experimentell zu simulieren. Wie bereits vorstehend dargelegt können die hierfür erforderlichen Daten und Informationen entweder aus Messungen an realen Strukturen abgeleitet werden oder aus numerischen Modellen stammen. In 3b ist hierzu ein lösungsgemäßer Aufbau für einen experimentellen Versuchsaufbau gezeigt, bei dem einerseits eine Aktoreinheit 17 das statische und dynamische Verhalten hinsichtlich auftretender Kräfte, Momente, Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen des Schiffsaggregates 14 simuliert, andererseits eine weitere Aktoreinheit 18, die die Einleitung von Kräften und Momenten simuliert, die das Lager 15 seitens der stabilen Unterlage 16 erfährt. Auch in diesem Fall erfolgt die Ansteuerung der Aktoreinheiten 17, 18 geregelt, indem das aktuelle Schwingungsverhalten an den Schnittstellen zwischen Aktoreinheiten und Lager 15 sensoriell erfasst wird und die dabei gewonnenen Sensorsignale über Regeleinheiten R1, R2 zur geregelten Ansteuerung der Aktoreinheiten 17, 18 zurückgeführt werden.A further exemplary embodiment for describing the procedure according to the invention for the load testing of test specimen structures is disclosed in US Pat 3a and 3b shown. According to 3a a conventional experimental setup is shown, with which the motor bearing can be examined eg by ship aggregates. Such engine mounts have essentially two purposes: Firstly, they have the mechanical loads of the ship's units in operation 14 On the other hand, they should reduce the transmission of mechanical vibrations as much as possible in order to avoid sources of vibration and noise which would otherwise lead to noise annoyance, comfort reductions or sound radiation. Usually there are ship engines 14 on suitably trained bearings 15 , in turn, on a stable surface 16 loads, which, for example, is part of the ship structure. To the camps 15 To optimally adapt to the given operating conditions, it has hitherto required the commissioning of suitably designed ship units and the carrying out of corresponding examinations in accordance with the test setup in 3a , With the help of the approach according to the solution, it is possible, however, the coupling conditions of the ship's aggregate 14 on a stable surface 16 to simulate experimentally. As already stated above, the data and information required for this purpose can be derived either from measurements on real structures or from numerical models. In 3b For this purpose, a solution-like structure for an experimental experimental setup is shown, in which on the one hand an actuator unit 17 the static and dynamic behavior with regard to occurring forces, moments, paths, speeds, accelerations of the ship's aggregate 14 simulated, on the other hand, another actuator unit 18 that simulates the introduction of forces and moments that the bearing 15 from the stable surface 16 experiences. Also in this case, the control of the actuator units takes place 17 . 18 regulated by the current vibration behavior at the interfaces between actuator units and bearings 15 is detected by sensors and the sensor signals obtained via control units R1, R2 for the controlled control of the actuator units 17 . 18 to be led back.

Mit Hilfe einer derartigen Versuchsdurchführung ist es möglich, Lagerungen 15 hinsichtlich ihrer Belastbarkeit bei unterschiedlichen Belastungssituationen zu überprüfen, ohne die Notwendigkeit real existierende Schiffsaggregate für Versuchszwecke bereitstellen zu müssen. Wesentlicher Vorteil dieser Prüfumgebung ist die frühzeitige experimentelle Untersuchung des Schwingungsübertragungsverhaltens der Motorlager 15 insbesondere in Hinblick auf die damit verbundenen Komfort mindernden Auswirkungen.With the help of such a test procedure, it is possible bearings 15 to check their load capacity in different load situations, without the need to provide real existing ship aggregates for experimental purposes. The main advantage of this test environment is the early experimental investigation of the vibration transmission behavior of the engine mounts 15 especially with regard to the comfort-reducing effects associated therewith.

11: PrüfkörperstrukturPrüfkörperstruktur
22: Schnittstelleinterface
33: RealstrukturReal structure
44: Aktoreinheitactuator
55: Sensorsensor
66: festes Gegenlagersolid thrust bearing
77: Anhängevorrichtunghitch
88th: Kraftfahrzeugmotor vehicle
99: Prüfstandtest bench
1010: hydraulischer Prüfzylinderhydraulic test cylinder
1111: Sensoreinheit, DehnungsmessstreifenSensor unit Strain gauges
12,1312.13: Aktoreinheitenactuator units
1414: Schiffsaggregatship generator
1515: Lagercamp
1616: Unterlagedocument
17,1817.18: Aktoreinheitactuator

Claims

Method for experimental simulation of static or dynamic effects of physical load variables of at least one real structure to one via at least one interface with the test structure connectable to the real structure, marked by the combination of the following process steps: - Determine the static or dynamic effect of the physical load on the at least one interface between the at least one real structure and the specimen structure and creating a physical load variable representative Record - Provide at least one actuator unit instead of the at least one real structure at the location of the at least one interface and connecting the test specimen structure with the at least one actuator unit and - Driving the at least an actuator based on the physical load quantities representing Data set for the simulation of the physical force acting on the test specimen Load factors on the part the at least one real structure.

Method according to claim 1, characterized, that by the at least one actuator unit in the region of the interface on the test specimen structure sensory physical load factors are detected, and that the driving of the at least one actuator unit in Ways of regulation based on a balance between the sensorially detected effect of the actuator unit in the area of Interface and the physical load variables Record is done.

Method for experimental simulation of static or dynamic effects of physical load variables of at least one real structure as well as from a test specimen structure to at least an interface, via the the real structure with the test specimen structure is connectable, characterized by the combination of the following Process steps: - Determine the static or dynamic physical load on the at least one interface in each case due to the at least a real structure as well as through the specimen structure and creating each one of the physical load sizes representing data set, - Provide at least one first actuator unit instead of the at least one Real structure at the location of at least one interface and provision at least one second actuator unit instead of the test specimen structure such that the at least first and second actuator unit on the Interface in operative connection and - Driving the at least first and second actuator unit respectively based on the representing physical load variables Record for experimental simulation of the interface acting physical load variables on the part of the real and test specimen structure.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that determining the physical load sizes in the way a metrological detection on the at least one interface between the specimen structure and the at least one real structure takes place.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that determining the physical load sizes in the way a numerical calculation takes place.

Method according to one of claims 3 to 5, characterized that by the at least first and second actuator unit in the area the effects produced by the interface are sensed, and that the driving of the at least first and second actuator unit by means of a settlement based on a balance between the sensorially recorded effects of the physical load variables in the area the interface and the physical load variables records he follows.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the physical load variables mechanical load variables of the following types are: path, speed, acceleration, Power, torque.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the physical load variables thermal or electromagnetic Load sizes of The following types are: temperature, temporal or spatial Temperature gradient, electrical, magnetic or electromagnetic field energy

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one actuator is As a physical load variable, a force and / or moment effect directed at the test specimen structure is exerted, which comprises up to six degrees of freedom.

Method according to one of claims 3 to 8, characterized in that the at least first and second actuator units each have one the interface exerts directed force and / or moment effect, the up to six degrees of freedom.

Device for experimental simulation of static or dynamic effects of physical load variables of at least one real structure to one via at least one interface with the test structure connectable to the real structure, thereby characterized in that at least one actuator unit is provided, which is in operative connection with the interface for initiating the physical load variables stands at the test body structure connectable is and that a drive unit is provided which the at least one actuator unit under specification of the static or dynamic effects of physical load factors representing the real structure Record enabled.

Device according to claim 11, characterized in that that at least one sensor unit in the region of the interface or the specimen structure is provided, which determines the effect of the physical load variables of Actuator on the interface and / or on the test specimen structure detects and generates sensor signals that can be supplied to the drive unit.

Device for experimental simulation of static or dynamic effects of physical load variables of at least one real structure as well as from a test specimen structure to at least an interface, via the at least one real structure can be connected to the test body structure, thereby characterized in that at least one first and second actuator unit are provided such that the at least first and second actuator unit via the interface come into active connection and that a drive unit provided is, the at least first and second actuator unit under specification each one of the static or dynamic effects of the physical Load factors on the part the real structure and on the part of the specimen structure representing records activated.

Device according to claim 13, characterized in that that at least one sensor unit in the region of the interface is provided, the effects of the physical load variables of at least first and second actuator unit detected on the interface and Sensor signals generated, which can be fed to the drive unit.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized that the drive unit, the at least one actuator unit and the at least one sensor unit form a control loop.

Device according to one of claims 11 to 15, characterized that the test specimen structure as well as the at least one real structure each mechanical, pneumatic or hydraulic structures or combined from the above structures represent composite hybrid structures.

Device according to one of claims 11 to 16, characterized that the real and specimen structure following structure pairs represent, in the following sense, real structure / specimen structure: motor vehicle / vehicle trailer hitch, Engine block / motor block storage .....

Device according to one of claims 11 to 17, characterized that the actuator unit is a hydraulic, electromotive, pneumatic or based on a multifunctional material, for example piezoceramics, is based actor.

Device according to one of claims 11 to 18, characterized the actuator unit is a vibration system, preferably one electrodynamic or servohydraulic shaker

Device according to one of claims 11 to 19, characterized that the actuator unit is a thermal and / or an electromagnetic energy source provides.