DD234933A1

DD234933A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung des reibwertes

Info

Publication number: DD234933A1
Application number: DD27340285A
Authority: DD
Inventors: Heinrich Henkel
Original assignee: Verkehrswesen Hochschule
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1986-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens fuer das Ermitteln von Haft- und Gleitreibwerten, vorzugsweise zwischen Pruefwerkstoffen von Kraftfahrzeugreifen und Fahrbahnoberflaechen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit einer transportablen Einrichtung in kurzer Zeit, ohne zusaetzliche Ausruestungen und Kraftfahrzeuge, an jedem Messort bei freier Wahl der Messrichtung und Anpresskraft, einer bestimmten Reibgeschwindigkeit und entsprechend der zur Anwendung kommenden Messmittel und Kraftgebersysteme exakte Reibwerte direkt zu ermitteln. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Pruefwerkstoffe mittels gelenkiger Vorrichtungen auf eine fuer die Messung vorgesehene Reibflaeche gepresst und bei konstantem Anpressdruck durch mechanisch wirkende Einrichtungen mittels der Schwerkraft verschoben werden. Beim Verschieben der Pruefwerkstoffe auf der Reibflaeche werden die vertikale Druckkraft, die auf die Pruefwerkstoffe wirkt, und die zur Verschiebung der Pruefwerkstoffe erforderliche Zugkraft zur Ermittlung der Reibwerte, gemessen. Die Erfindung ist insbesondere im Strassenverkehrswesen, auf dem Gebiet der Unfallverhuetung und zur Pruefung von Erzeugnissen anwendbar. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung des Haft- und Gleitreibwertes von Werkstoffen auf Oberflächen.

Ihre Anwendung wird infolge der Mobilität zur schnellen und exakten Ermittlung von Reibwerten, vorzugsweise auf Fahrbahnen, empfohlen.

Weiterhin ist die Ermittlung der Reibwerte auf Oberflächen verschiedenster Art in und außerhalb von Räumen, auch an schwer zugänglichen Orten, möglich.

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf die Gebiete des Straßenverkehrswesen, der Transporttechnik, der Arbeitsschutztechnik und zur Ermittlung von Reibwerten bei Verkehrsunfällen und in der Gutachtertätigkeit. Es ist auch möglich, Erzeugnisse und Einrichtungen hinsichtlich ihres Reibverhaltens zu prüfen, um Angaben über Oberflächenglätte, Rutschsicherheit, Gleiteignung, Standsicherheit und Paarungseigenschaften von Werkstoffen zu erhalten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Vorrichtungen für die Bestimmung von Reibwerten auf Fahrbahnen als besonderes Charakteristikum in vielen Fällen ein Prüfrad oder mehrere Prüfräder aufweisen, die mit einem Kraftfahrzeug bewegt werden müssen und nur den Flächenstreifen, der der Reifenbreite entspricht, als Prüffläche erfassen. Mit diesen bekannten Einrichtungen ist es, insbesondere auf der geraden Fahrstrecke, sehr schwierig und oft nicht möglich, Reibwerte quer zur Fahrbahn zu bestimmen, so daß die exakte Vermessung von Bremsspuren bei Verkehrsunfällen hinsichtlich der lokalisierten Bestimmung der Reibwerte genau auf der Spur in Längs- und Querrichtung nicht gegeben ist.

Aus der DE-OS 2 742 110 ist eine derartige Prüfeinrichtung für den Straßenzustand bekannt, die aus mindestens einem am Kraftfahrzeug zusätzlich angebrachten Rad besteht. Das Rad wird entgegen der Drehrichtung abgebremst und hierbei die Kraft gemessen. Die Bremsung des Rades ist variabel gestaltet und ermöglicht, daß das Prüfrad langsamer dreht und so ein Schlupf zwischen Fahrbahn und Rad eintritt. Durch Messungen des Drehmomentes und der Differenzgeschwindigkeit kann der Reibwert last- und geschwindigkeitsabhängig bestimmt werden. Diese Lösung erfordert eine umfangreiche technische Ausrüstung, und sie ist aufwendig in der Durchführung der Messungen und eignet sich nur auf Fahrbahnen und Flächen, die mit einem Fahrzeug befahren werden können. Mit dieser und ähnlichen Einrichtungen ist es nicht möglich, Reibwerte nach einem Raster längs und quer zur Fahrbahn mit verschiedenen Fahrtrichtungswinkeln so zu untersuchen, daß die Haft- und Gleitreibwerte immer unter gleichen Ausgangsbedingungen untereinander vergleichbar sind.

In der DD-PS 0 153 230 wird eine Fahrbahnglättemeß- und Glättewarneinrichtung beschrieben, die mit einem auf der Fahrbahn laufenden Reibrad arbeitet. Diese Einrichtung kann nur zur Information des Kraftfahrers über den Glättezustand der Fahrbahn genutzt werden, für Reibwertmessungen ist sie nicht geeignet.

Weiter sind Lösungen bekannt, die Prüfräder oder Gleitkufen mit einer Schwenkvorrichtung vom Fahrzeug auf die Fahrbahn mit einem bestimmten Vorspurwinkel absenken und über Dehnmeßschaltungeri die Straßenglätte bestimmen. Diese Einrichtungen sind fahrzeuggebunden und nur für die Aufnahme und Verarbeitung von Meßdaten zur Steuerung und Beeinflussung der fahrdynamischen Parameter des Fahrzeuges als Funktion vom Zustand der Fahrbahn geeignet.

Bekannt sind Prüfgeräte, die nach dem Pendelprinzip arbeiten und als transportable Rutschsicherheitsprüfgeräte im Straßen- und Flugplatzbau zur Anwendung kommen. Das Meßverfahren ist aufwendig, und die ermittelten Meßgrößen werden als Rutschsicherheit bezeichnet, der direkte Vergleich zum Reibwerffehlt.

In der DE-OS 2 631 400 ist ein tragbares Prüfgerät zur Messung des statischen Reibungskoeffizienten zwischen der Oberfläche eines Fußbodens und einem Schuhsohlen oder Absatz Material beschrieben.

Die prinzipielle Lösung dieser Erfindung ist in ihrer Funktion auf Grund mechanischer Führungselemente stark wirkungsgradabhängig, so daß nicht der exakte Reibwert, sondern nur ein Vergleichswert ermittelt werden kann, der sich nur auf den Bereich der Haftreibung bezieht. Bei wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen kann sich die Gerätekonstante unkontrolliert verändern, was Fehlmessungen zur Folge hat. Die schräge Lasteintragung, der auf die Reibprobe wirkenden Kraft,

begünstigt Stick-Slipbewegungen und eignet sich nicht für Reibwertmessungen auf Fahrbahnen und anderen Flächen mit Unebenheiten. Es fehlt darüberhinaus im Prüfgerät die allseitige auch vertikale frei bewegliche Anordnung des zu prüfenden Werkstoffes auf einer Oberfläche mit statisch bestimmter Lastverteilung, so daß dieses Gerät nur bedingt auf sehr ebenen Flächen, wie Fußböden, einsetzbar ist.

Dem tragbaren Prüfgerät mit austauschbaren Hubmassen sind auf Grund der möglichen Gesamtmasse des Gerätes, enge Grenzen in der wählbaren Probengröße mit vertretbaren spezifischen Anpreßdrücken der Proben auf der Reibfläche gesetzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine transportable Anordnung vorzuschlagen, die es ermöglicht, die Reibwerte von Prüfwerkstoffen auf Oberflächen und vorzugsweise auf Fahrbahnen, schnell mit kurzen Rüstzeiten, exakt und direkt ablesbar zu ermitteln und die Meßwerte einer sofortigen Auswertung und Verarbeitung zugängig zu machen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer transportablen, schnell betriebsbereiten Anordnung, unabhängig von Kraftfahrzeugen und den dazugehörigen Ausrüstungen, auf bestimmten Oberflächen, nach einem gewünschten Raster, in verschiedenen Richtungen mit den entsprechenden Kräften und Geschwindigkeiten und auch auf unebenen Fahrbahnen, Reibwerte von Reibpaarungen zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reibelemente in Form von Prüfwerkstoffen mittels gelenkiger Aufnahmen auf die Fahrbahn mit den erforderlichen Kräften gepreßt, und bei einer durch mechanische Übertragungsmittel bewirkten Verschiebung, die Zug- und Druckkraft gemessen wird. Der Quotient aus Zugkraft und Druckkraft entspricht dem Reibwert. Die Meßergebnisse werden durch Wirkungsgradverluste nicht beeinflußt.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer ruhenden Basis, die auf der Fahrbahnfläche steht. In einem bestimmten Abstand werden in Aufnahmen gehaltene Prüfwerkstoffe, die gelenkig mit einer darüber liegenden Halterung verbunden sind, ebenfalls auf die Fahrbahnfläche aufgebracht. Die beiden Baugruppen sind durch einen an den Längsenden mit Rollen bestückten Rahmen so verbunden, daß an einem Ende eine Rolle als Auflagerkraft auf die Halterung mit den Prüfwerkstoffen wirkt und am anderen Ende sich zwei Rollen auf der Basis mit einer Auflagerkraft abstützen. Am Rahmen sind die allseitig auch vertikal beweglichen Aufnahmen mit den Prüfwerkstoffen mittels Verbindungselementen befestigt. Wird der Rahmen durch die Schwerkraftwirkung belastet und dadurch bewegt, dann erfolgt über die Verbindungselemente in Zugrichtung eine Mitnahme der Prüfwerkstoffe auf der Fahrbahnoberfläche, wobei immer eine statisch bestimmte Kraft auf die Prüfwerkstoffe wirkt und eine Messung der Reibwerte auch bei Unebenheiten möglich ist.

Für den Antrieb der Bewegungselemente wird die Schwerkraftwirkung, die vorzugsweise durch einen Menschen, der sich auf die Trittplatte der Anordnung, genutzt. Die Trittplatte ist bewegich am Rahmen befestigt und mit einem Kraftgebersystem gekoppelt, welches die Prüfwerkstoffe verschiebt und damit den Reibungsvorgang bewirkt. Es wird hiermit möglich, die Prüfung durch eine Person ohne zusätzliche Massen und Energie zu betreiben.

Die Ausgangsstellung für die Reibwertmessung ist dann gegeben, wenn der am Rahmen befestigte Arbeitszylinder vertikal belastet wird. Nach dem Öffnen eines Ventils drückt der Arbeitszylinder die Druckflüssigkeit in den an der Basis befestigten Arbeitszylinder, welcher den Rahmen bewegt und damit die Prüfwerkstoffe und die Zugkraft, verursacht durch den Reibungsvorgang, werden durch eine Dehnmeßschaltung ermittelt. Die Hydraulik kann auch durch Hebel mit Seilen und Rollen ersetzt werden. Es können auf einfache Weise durch Austausch der Prüfwerkstoffe die verschiedenen Werkstoffarten hinsichtlich ihres Reibverhaltens auf Reibflächen untersucht werden.

Ein weiterer Vorteil besteht noch in der Möglichkeit, Bremsspuren von Kraftfahrzeugen in bezug auf die vorhandenen Reibwerte auch längs und quer zur Spur genau der Bremsspur folgend, zu ermitteln.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1: Ansicht der Anordnung Fig. 2: Seitenansicht der Anordnung.

Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in Arbeitsstellung. Der Rahmen 1 drückt mit der auf der Achse 2 montierten Druckrolle 3 auf die Halterung 19, welche über die Gelenkstücke 21 den Druck an die Aufnahmen 22 und die Prüfwerkstoffe 23, die auf der Fahrbahn aufliegen, weiterleiten. Die Aufnahmen 22 sind beweglich mit der Halterung 19 durch Gelenkstücke 21 über Federn 20 verspannt, und sind durch Verbindungselemente 25 mit dem Gelenkwinkel 24 über das Zugkraftmeßglied 27, welches am Rahmen 1 befestigt ist, verbunden. Das am Rahmen 1 montierte Druckkraftmeßglied 28 dient zur Messung der von der Druckrolle 3 auf die Prüfwerkstoffe ausgeübten Vertikalkraft, die gemessenen Werte werden am Meßgerät 29 angezeigt. Der Rahmen 1 liegt am anderen Ende mit dem auf der Achse 4 montierten Laufrollen 5 auf der Basis 6, und die Druckkräfte werden über die Stützschrauben 7 auf die Fahrbahn übertragen. An der Basis 6 sind die Gelenkschienen 11 befestigt und halten über den Parallelogrammgelenkring 9 mit den Gelenkschienen 10 die Trittplatte 8 immer in paralleler Arbeitslage zur Basis 6.

Wird auf der Trittplatte 8 eine Belastungsmasse 30 aufgebracht, dann wirkt eine Kraft auf den am Rahmen 1 verschiebbar angebrachten Arbeitszylinder 15, und die Auflagerkräfte stützen sich an der Basis 6 und an der Halterung 19 ab. Der Arbeitszylinder 18 ist an der Basis 6 befestigt und mit dem Rahmen 1 gelenkig verbünden. Nach dem Öffnen des Ventils 17 wird die Druckflüssigkeit vom Arbeitszylinder 15 über eine Schlauchleitung 16 in den Arbeitszylinder 18 gedrückt und somit der Rahmen 1 rollend auf der Basis 6, bezeichnet als Verschiebeweg, bewegt, gleichzeitig werden aber auch die mit den Verbindungseiementen 25 am Rahmen 1 befestigten Aufnahmen 22 mit den Prüfwerkstoffen 23 mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Rahmen 1 bewegt. Die Bewegung, bezeichnet auch als Verschiebung, beginnt mit sehr niedriger Geschwindigkeit im Grenzbereich des Haftreibwertes mit nachfolgendem Übergang zum Gleitreibwert mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Die Trittplatte 8 hat sich um den Hubweg gesenkt. Zur Herstellung der erneuten Meßbereitschaft wird mittels Spannhebel 12 entgegen der Spannfeder 13, der Spannbolzen 14 und damit der Rahmen 1 in die Ausgangslage um das Maß des Verschiebeweges zurückverschoben. Die Mitnehmer 26 positionieren die Halterung 19 und der Arbeitszylinder 18 drückt über die Schlauchleitung 16 den Arbeitszylinder 15 mit der Trittplatte 8 um das Maß des Hubweges in die Ausgangsstellung, das Ventil 17 wird geschlossen. Beim Umsetzen des Gerätes auf eine andere Stelle der Fahrbahnoberfläche wird gleichermaßen verfahren.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Ermittlung des Reibwertes, gekennzeichnet dadurch, daß auf einem Rahmen (1) eine beliebige Beiastungsmasse (30) vertikal zwischen den zwei Enden des Rahmens (1) so als Auflagekraft aufgebracht wird, daß sie nach dem Einschalten des Kraftgebersystems den Rahmen (1) mit den daran gelenkig befestigten Prüfwerkstoffen (23) auf der Reibfläche unter Ausnutzung der Schwerkraft der Belastungsmasse (30), verschiebt, wobei die Anpreßkraft der Prüfwerkstoffe (23) auf die Reibfläche und die zur Verschiebung der Prüfwerkstoffe (23) notwendige Kraft gemessen und daraus der Reibwert ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Belastungsmasse (30), die durch das Körpergewicht eines Menschen erzeugt wird und wahlweise auf den Rahmen (1) wirkt, die Prüfwerkstoffe auf die Reibfläche preßt und diese beim Einschalten des Kraftgebersystems unter Ausnutzung der Schwerkraftwirkung horizontal auf der Reibfläche verschiebt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Druckkraft auf die Fahrbahn gepreßten Prüfwerkstoffe (23) mittels an den Aufnahmen (22) befestigte Verbindungselemente (25) wie Seile, Bänder, Ketten und Gelenke beim Reibungsvorgang auf die Reibfläche gezogen werden und nur die durch die Reibung wirksamen Zugkräfte am Zugkraftmeßglied (27) welches am Rahmen (1) sitzt, gemessen wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Rahmen (1), der horizontal an einem Ende rollend auf einer Plattform, die als Basis (6) auf der Reibfläche steht, aufliegt und am anderen Ende beweglich auf einer Halterung (19) an der die Prüfwerkstoffe (23) gelenkig befestigt sind, gelagert ist, eine beliebige zwischen den beiden Enden des Rahmens (1) aufgebrachte Belastungsmasse (30) aufnimmt.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Prüfwerkstoffe beweglich durch Gelenkstücke (21) mit der Halterung (19) so verbunden sind, daß die an der Halterung (19) eingeleitete Druckkraft sich gleichmäßig auf die Prüfwerkstoffe (23) verteilt und diese auf die Reibfläche preßt.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch/daß die an der Halterung (19) eingeleitete Druckkraft sich auf die drei Gelenkstücke (21), die mit den Aufnahmen (22) und den Prüfwerkstoffen verbunden sind, gleichmäßig verteilt.

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