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Messung der drei Kräfte an einer Motorlagerung, ohne den Motor zu bewegen

  • Längskraft Fx
  • Querkraft Fy
  • Vertikalkraft Fz
Motorraum mit einem kundenspezifischen Motorlager, montiert auf einem dreiaxialen Kraftaufnehmer mit Adapterplatte, samt Kabel des Kraftaufnehmers
Eine kundenspezifische Motorlagerung auf einem dreiachsigen Kraftaufnehmer, im Fahrzeug.

Kurz zusammengefasst

Ein dreiachsiger Kraftaufnehmer TR3D ist in einem Adapter verbaut, der die Serienmotorlagerung ersetzt. Die Reaktionskräfte des Antriebsstrangs gehen durch den Kraftaufnehmer, und der Motor, seine Gummilager und die umliegenden Teile bleiben an ihrem Platz. Jede Achse ist eine Dehnungsmessstreifen-Brücke (DMS); ein Messverstärker-gehäuse SGA3A liefert ± 10 V pro Achse. Bei einem Versuch an einem Transportwagen zeichnete ein TR3D-B-4K etwa 0,9 kN Vertikalkraft über dem Motorgewicht während einer vollen Beschleunigung aus dem Stand auf.

17,7 kN
Kapazität pro Achse des beim Transportwagen-Versuch verwendeten TR3D-B-4K
0,9 kN
vertikale Kraft über dem Motorgewicht in diesem Versuch, über 200 lbf
1,1 bis 444 kN
Kapazität pro Achse über die gesamte Baureihe TR3D

Kraftfluss

Motor und Getriebe sind über ihre Lager am Rahmen befestigt. Jede Kraft, die der Antriebsstrang beim Starten, Beschleunigen oder bei einem harten Manöver in den Rahmen einleitet, läuft über sie. Diese Kräfte sind Bemessungslasten für die Lager und den Rahmen und werden bei der Fahrzeugentwicklung mit den erwarteten Werten verglichen.

Der Adapter ersetzt das Serienlager und leitet die Reaktionskräfte durch den Kraftaufnehmer. Der Motor behält seine Position, die Gummilager und anderen nachgiebigen Teile bleiben erhalten, sodass der gemessene Lastfall dem des Serienfahrzeugs entspricht.

Motorraum mit einem Kraftaufnehmer TR3D-B-4K in seiner Motorlager-Adapterschelle, eingekreist; im Ausschnitt der Adapter mit dem Kraftaufnehmer auf weißem Hintergrund
Ein TR3D-B-4K in einem Motorlager-Adapter, im Fahrzeug; im Ausschnitt der Adapter mit dem Kraftaufnehmer. Broschüre der mehraxialen Kraftaufnehmer von Michigan Scientific.

Instrumentierung

Kraftaufnehmer, Versuch am TransporterTR3D-B-4K, 17,7 kN pro Achse, 220 N·m maximaler Moment pro Achse, 50,8 × 50,8 × 23,3 mm, 4,5 mV/V
BaureiheTR3D, 1,1 bis 444 kN pro Achse, drei Vierstrecken-Dehnungsmessstreifen-Brücken (DMS), abgedichtet und temperaturkompensiert
Adapterkonzipiert aus den CAD-Daten des Fahrzeugs, aus Edelstahl oder Aluminium, gefertigt aus einem modifizierten Teil oder gefräst
Biegungder Adapter minimiert die Biegelasten auf den Kraftaufnehmer und dessen Übersprechen
Kabel3,05 m, geschirmt
MessverstärkerSGA3A, Brückenspeisung ± 5 V oder ± 2,5 V, Ausgang ± 10 V pro Achse, ferne Shunt-Kalibrierung

Vorgehen

  1. 01

    Von den CAD-Daten ausgehen

    Die Applikationsingenieure von Michigan Scientific entwerfen aus den CAD-Daten der Komponenten einen fahrzeugspezifischen Adapter.

    Kundenspezifische Aufnehmer und Adapter
  2. 02

    Adapter herstellen

    Aus einem modifizierten vorhandenen Teil oder komplett neu gefräst in der Fertigung von Michigan Scientific, ohne die umliegenden Teile zu beeinträchtigen.

  3. 03

    Anstelle des Lagers einbauen

    Der Kraftaufnehmer wird in den Adapter eingebaut, und der Adapter wird anstelle des Original-/Serienlagers am Motor montiert.

    Triaxiale Kraftaufnehmer TR3D-B
  4. 04

    Nullen und aufzeichnen

    Die statischen Lasten werden vor der Fahrt auf null gestellt, sodass das Ausgangssignal die Kraftänderung während des Versuchs ohne das Motorgewicht zeigt.

    SGA3A-Messverstärkergehäuse

Versuch an einem Transporter

Ein TR3D-B-4K wurde in den Motorlager-Adapter eines Transporters eingebaut. Der Transporter startete aus dem Stand und beschleunigte mit Vollgas. Das Motormoment verursachte sprunghafte Änderungen der vertikalen und lateralen Kräfte, und die Einbrüche im Kraftverlauf markieren die Gangwechsel des Getriebes. Das Lager erfuhr etwa 0,9 kN, über 200 lbf, vertikale Kraft zusätzlich zum statischen Gewicht des Motors.

Dasselbe Verfahren gilt für Getriebelager, auf der Prüfstraße oder am Simulator.

Diagramm von drei Kraftverläufen über der Zeit: Fx längs, Fy quer und Fz vertikal, wobei Fz auf etwa minus 200 absinkt
Fx, Fy und Fz während der Vollgasbeschleunigung am Transporter, in lbf über der Zeit in Sekunden. Diagramm aus der Michigan-Scientific-Broschüre zu mehrachsigen Kraftaufnehmern.

Ergebnis

Die drei Kräfte an jedem instrumentierten Lager, aufgezeichnet mit dem Antriebsstrang in seiner Serienposition. Die Daten dienen der Betriebsfestigkeitsauslegung des Fahrwerks und der Verifikation dynamischer Rechenmodelle.

Häufige Fragen

Welche Kräfte werden an einem Motorlager gemessen?

Drei senkrechte Kräfte: längs, quer und vertikal. Ein dreiaxialer Kraftaufnehmer TR3D misst alle drei in einem Gehäuse, mit je einer Dehnungsmessstreifen-Brücke (DMS) pro Achse.

Verändert ein Kraftaufnehmer am Motorlager die Position des Motors?

Nein. Der Kraftaufnehmer ist in einen Adapter integriert, der das Serienlager ersetzt. Der Motor bleibt in seiner Position, die Gummilager werden beibehalten.

Welche Kapazität hat der Kraftaufnehmer für ein Motorlager?

Beim Versuch am Transporter ein TR3D-B-4K mit 17,7 kN pro Achse. Die Baureihe TR3D deckt 1,1 bis 444 kN pro Achse ab.

Können die Kräfte an den Getriebelagern auf dieselbe Weise gemessen werden?

Ja. Dasselbe Verfahren gilt für Getriebelager, und die Messung kann auf der Prüfstraße oder am Simulator erfolgen.

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