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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand zur Prüfung von Fahrzeugreifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Prüfung von Fahrzeugreifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
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Im Stand der Technik sind sog. „Low Speed Uniformity“- Prüfstände zum Bestimmen von Gleichlaufeigenschaften von Fahrzeugreifen bekannt. Die Gleichlaufeigenschaften bei Low Speed Uniformity-Messungen umfassen dabei vor allem das Erfassen und Auswerten von Kräften bei einem vergleichsweise langsamen Abrollen des Fahrzeugreifens, beispielsweise bei etwa 60 Reifenumdrehungen pro Minute. Die üblicherweise verwendeten Prüfstände weisen für einen zu prüfenden Fahrzeugreifen jeweils zwei zweiachsig ausgebildete Kraftaufnehmer auf, welche Kräfte jeweils entlang von zwei Raumrichtungen erfassen können. Dadurch kann es zu einem undefinierten Übersprechen von Kräften zwischen den zwei den unterschiedlichen Raumrichtungen zugeordneten Krafterfassungskanälen kommen.
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Aus der
DE 102 60 000 B4 ist ein Radkraftdynamometer zum Messen von Reifenkräften bekannt, wobei ein Fahrzeugrad an einer Radachse befestigbar ist, welche über Wälzlager in einer Hohlwelle gelagert ist. Die Hohlwelle ist hydrostatisch in einem gestellfesten Gehäuse gelagert. Das Radkraftdynamometer umfasst mindestens zwei der Radachse zugeordnete, einachsige Kraftsensoren, wobei ein erster Kraftsensor zum Erfassen einer Radlastkomponente vorgesehen ist und ein zweiter Kraftsensor zum Erfassen eines Tangentialkraftanteils vorgesehen ist. Die Kraftsensoren sind nicht miteinander gekoppelt.
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Bei der Messung von Reifenkräften mittels der bekannten Prüfstände können Messfehler auftreten, welche durch die Bauart der Prüfstände bedingt sind.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Prüfstand zur Prüfung von Fahrzeugreifen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Prüfstand zur Prüfung von Fahrzeugreifen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zur Prüfung von Fahrzeugreifen, umfassend eine Lauftrommel auf einer Trommelachse sowie Kraftaufnehmer zum Erfassen von einer auf die Trommelachse wirkenden Radialkraft und einer auf die Trommelachse wirkenden Lateralkraft. Der erfindungsgemäße Prüfstand zeichnet sich dadurch aus, dass der Prüfstand drei einachsige Kraftaufnehmer umfasst, wobei ein erster und ein zweiter Kraftaufnehmer zum Erfassen der Radialkraft angeordnet sind, wobei ein dritter Kraftaufnehmer zum Erfassen der Lateralkraft angeordnet ist und wobei der erste Kraftaufnehmer und der dritte Kraftaufnehmer gekoppelt sind.
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Erfindungsgemäß ist also ein Prüfstand zur Prüfung von Fahrzeugreifen vorgesehen, welcher eine auf einer Trommelachse angeordnete Lauftrommel umfasst. Die Lauftrommel stellt dabei die Abrollfläche für die zu prüfenden Fahrzeugreifen dar. Radialkräfte und Lateralkräfte, die zwischen der Lauftrommel und dem zu prüfenden Fahrzeugreifen wirken, werden mittels dreier Kraftaufnehmer des Prüfstands erfasst. Bei den drei Kraftaufnehmern handelt es sich um drei jeweils einachsige Kraftaufnehmer, d.h. um Kraftaufnehmer, die dazu ausgebildet sind, ausschließlich entlang einer einzigen Raumrichtung Kräfte zu erfassen. Daraus ergibt sich z.B. der Vorteil, dass jeder Kraftaufnehmer einzeln kalibriert werden kann. Bei den Kraftaufnehmern kann es sich beispielsweise um nach dem Piezo-Prinzip arbeitende Kraftaufnehmer handeln. Zwei der Kraftaufnehmer, nämlich der erste und der zweite Kraftaufnehmer, sind derart am Prüfstand angeordnet bzw. stehen derart mit der Trommelachse in Kontakt, dass sie eine auf die Trommelachse wirkende Radialkraft erfassen können. Der dritte Kraftaufnehmer ist derart am Prüfstand angeordnet bzw. steht derart mit der Trommelachse in Kontakt, dass er eine auf die Trommelachse wirkende Lateralkraft erfassen kann. Weiterhin sind der erste Kraftaufnehmer, welcher eine Radialkraft erfassen kann, und der dritte Kraftaufnehmer, welcher eine Lateralkraft erfassen kann, miteinander gekoppelt, so dass bei einer Krafteinwirkung auf einen der beiden Kraftaufnehmer ein gezieltes Übersprechen auf den jeweils anderen Kraftaufnehmer erfolgt. Bei Auftreten einer Radialkraft, welche u.a. vom ersten Kraftaufnehmer erfasst wird, erfolgt also ein Übersprechen auf den dritten Kraftaufnehmer, so dass auch dieser eine Kraft erfasst. Umgekehrt erfolgt bei Auftreten einer Lateralkraft, welche vom dritten Kraftaufnehmer erfasst wird, ein Übersprechen auf den ersten Kraftaufnehmer, so dass auch dieser eine Kraft erfasst.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine sehr genaue Bestimmung der erfassten Kräfte mit nur drei Kraftaufnehmern erfolgt, da durch die Kopplung des ersten Kraftaufnehmers mit dem dritten Kraftaufnehmer und das dadurch gezielt eingestellte Übersprechen eine zusätzliche Information über die vom ersten bzw. dritten Kraftaufnehmer erfasste Kraft vorliegt. Die ist insbesondere von Vorteil für die Erfassung der Radialkraft, welche vom ersten bzw. zweiten Kraftaufnehmer gleichermaßen erfasst wird. Die durch das gezielt eingestellte Übersprechen erlangte zusätzliche Information kann z.B. verwendet werden, um Temperatureinflüsse auf die Messdaten des ersten Kraftsensors rechnerisch zu kompensieren. Im Stand der Technik hingegen liegt zwar oftmals ebenfalls ein Übersprechen zwischen Kraftaufnehmern für unterschiedliche Kraftrichtungen vor bzw. zwischen unterschiedlichen Krafterfassungsrichtungen eines mehrachsigen Kraftaufnehmers, jedoch ist dieser Effekt im Stand der Technik unerwünscht, da er undefiniert erfolgt und somit keine verwertbare Information liefert. Der erfindungsgemäße Prüfstand jedoch erlaubt eine weitestgehend exakte Kalibrierung jedes Kraftaufnehmers sowie eine Kalibrierung des Übersprechens vom ersten Kraftaufnehmer auf den dritten Kraftaufnehmer und umgekehrt.
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Da zur Erfassung der Lateralkraft nur ein einzelner Kraftaufnehmer, nämlich der dritte Kraftaufnehmer, vorgesehen ist, kann zudem der Einfluss von Temperaturänderungen auch auf das Messergebnis hinsichtlich der Lateralkraft vorteilhaft vollständig eliminiert werden.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Kraftaufnehmer einem ersten axialen Ende der Trommelachse zugeordnet ist bzw. mit einem ersten axialen Ende der Trommelachse in Kontakt steht und dass der zweite Kraftaufnehmer einem zweiten axialen Ende der Trommelachse zugeordnet ist bzw. mit einem zweiten axialen Ende der Trommelachse in Kontakt steht. Somit können auf die Lauftrommel wirkende Radialkräfte besonders zuverlässig aufgenommen und erfasst werden. Die Radialkräfte entstehen in der Regel dadurch, dass der zu prüfende Fahrzeugreifen mit einer vorgebbaren Kraftbeaufschlagung in radialer Richtung, also mit der Radialkraft, in Kontakt mit der Lauftrommel gebracht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Kraftaufnehmer über einen ersten Koppelungslenker mit einem ersten Axialende der Trommelachse in Kontakt steht und dass der zweite Kraftaufnehmer über einen zweiten Koppelungslenker mit einem zweiten Axialende der Trommelachse in Kontakt steht. Dies ermöglicht eine weitgehend optimale Einleitung von Radialkräften, welche auf die Trommelachse wirken, in den ersten und den zweiten Kraftaufnehmer. Durch die bevorzugte, im wesentlich flach quaderförmige Ausbildung der Koppellenker, können zudem auch Drehmomente erfasst werden, welche aufgrund von an unterschiedlichen Positionen der Trommelachse wirkenden Radialkräften entstehen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Koppelungslenker mittels lösbarer Schraubverbindungen mit dem ersten Axialende der Trommelachse in Kontakt steht und dass der zweite Koppelungslenker mittels lösbarer Schraubverbindungen mit dem zweiten Axialende der Trommelachse in Kontakt steht. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sowohl der erste Koppelungslenker als auch der zweite Koppelungslenker auf einfache Weise vom ersten Axialende und vom zweiten Axialende gelöst werden können, um beispielsweise getauscht bzw. ersetzt zu werden bzw. um den Prüfstandsaufbau zu verändern. Dennoch garantieren die Schraubverbindungen ein zuverlässiges Halten des ersten bzw. zweiten Koppelungslenkers am ersten bzw. zweiten Axialende. Zudem kann dadurch eine im Stand der Technik oftmals auftretende Hysterese vermieden werden, da die Schraubverbindungen spielfrei sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der dritte Kraftaufnehmer über eine Koppelstange mit dem ersten Axialende der Trommelachse in Kontakt steht. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der dritte Kraftaufnehmer zwar flexibel mit einem vorgebbaren Abstand zur Trommelachse angeordnet werden kann, jedoch dennoch mit der Trommelachse in Kontakt steht, so dass er die auf die Trommelachse wirkende Lateralkraft erfassen kann.
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Bevorzugt ist die Koppelstange dabei am ersten Axialende der Trommelachse koaxial zur Trommelachse angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine weitgehend optimale Weitergabe der auf die Trommelachse wirkenden Lateralkraft an den dritten Kraftaufnehmer.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der dritte Kraftaufnehmer über die Koppelstange mit dem ersten Koppelungslenker in Kontakt steht. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass über die Koppelstange und den Koppelungslenker ein gezieltes Übersprechen des Kraftaufnehmers auf den dritten Kraftaufnehmer eingestellt werden kann und umgekehrt.
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Bevorzugt weist der Koppelungslenker eine Öffnung auf, durch welche die Koppelungsstange weitestgehend spielfrei geführt ist. Somit kann die Koppelungstage mit dem ersten Axialende einerseits und mit dem Koppelungslenker andererseits spielfrei und somit ohne das Auftreten von Hysterese-Effekten in Kontakt stehen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Prüfstand dazu ausgebildet ist, mittels einer vorgebbaren Länge und/oder einer vorgebbaren Steifigkeit der Koppelstange ein definiertes Übersprechen der Radialkraft auf den dritten Kraftaufnehmer einzustellen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Ausprägung des Übersprechens vom ersten Kraftaufnehmer auf den dritten Kraftaufnehmer und umgekehrt gezielt und bedarfsweise einstellbar ist. Je kürzer und je steifer dabei die Koppelstange ist, desto ausgeprägter ist das Übersprechen vom ersten Kraftaufnehmer auf den dritten Kraftaufnehmer und umgekehrt.
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Bevorzugt wird das definierte Übersprechen zusätzlich durch eine vorgebbare Länge und/oder eine vorgebbare Steifigkeit des ersten Koppelungslenkers eingestellt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Prüfstand dazu ausgebildet ist, mittels unterschiedlich lang dimensionierter erster und/oder zweiter Koppelungslenker einen Sturz der Lauftrommel einzustellen. Über eine Länge der Koppelungslenker, insbesondere über eine unterschiedliche Länge des ersten Koppelungslenkers und des zweiten Koppelungslenkers, kann somit auf einfache Weise ein Sturz der Trommelachse gegenüber der Drehachse des zu prüfenden Fahrzeugreifens eingestellt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das zu prüfende Fahrzeugrad auf einfache Weise unterschiedlichen Prüfszenarien unterworfen werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Prüfstand dazu ausgebildet ist, mittels eines Versetzens des ersten und/oder des zweiten Kraftaufnehmers eine Schräglaufrichtung der Lauftrommel einzustellen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf einfache Weise eine Schräglaufrichtung der Trommelachse gegenüber einer Drehachse des zu prüfenden Fahrzeugreifens eingestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Prüfung von Fahrzeugreifen, wobei mittels Kraftaufnehmern eine auf eine Trommelachse einer Lauftrommel wirkende Radialkraft und eine auf die Trommelachse der Lauftrommel wirkende Lateralkraft erfasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkraft mittels eines ersten und eines zweiten einachsigen Kraftaufnehmers erfasst wird, wobei die Lateralkraft mittels eines dritten einachsigen Kraftaufnehmers erfasst wird und wobei ein definiertes Übersprechen der Radialkraft auf den dritten Kraftaufnehmer eingestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt somit eine Prüfung eines Fahrzeugreifens in einem erfindungsgemäßen Prüfstand, was zu den bereits beschriebenen Vorteilen führt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Kraftaufnehmer und/oder der zweite Kraftaufnehmer und/oder der dritte Kraftaufnehmer einzeln kalibriert werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass z.B. Temperaturänderungen in der Prüfumgebung, welche auch auf den dritten Kraftaufnehmer wirken, keine Veränderung der Prüfergebnisse der Kraftaufnehmer bewirken können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstands,
- 2 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines Koppelungslenkers und
- 3 beispielhaft und schematisch eine Trommelachse eines erfindungsgemäßen Prüfstands.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstands 1. Der Prüfstand 1 umfasst eine Lauftrommel 2, welche auf einer Trommelachse 3 angeordnet ist. Die Trommelachse 3 weist dabei drei translatorische und drei rotatorische Bewegungsfreiheitsgrade auf. Ein zu prüfender Fahrzeugreifen (nicht dargestellt in 1) rollt bei seiner Prüfung auf einer Oberfläche der Lauftrommel 2 ab. Weiterhin umfasst der Prüfstand 1 einen ersten Kraftaufnehmer 4, einen zweiten Kraftaufnehmer 5 und einen dritten Kraftaufnehmer 6. Der erste Kraftaufnehmer 4 steht über einen ersten Koppelungslenker 7 mit einem ersten Axialende 3' der Trommelachse 3 in Kontakt und der zweite Kraftaufnehmer 5 steht über einen zweiten Koppelungslenker 8 mit einem zweiten Axialende 3" der Trommelachse 3 in Kontakt. Der erste Koppelungslenker 7 steht seinerseits mittels lösbarer Schraubverbindungen mit dem ersten Axialende 3' der Trommelachse 3 in Kontakt und der zweite Koppelungslenker 8 steht seinerseits mittels lösbarer Schraubverbindungen mit dem zweiten Axialende 3" der Trommelachse 3 in Kontakt. Da die Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten Koppelungslenker 7, 8 mit dem ersten bzw. zweiten Axialende 3', 3" somit spielfrei ist, können die Prüfung verfälschende Hysterese-Effekte vermieden werden. Durch die gezeigte Anordnung des ersten Kraftaufnehmers 4 und des zweiten Kraftaufnehmers 5 am ersten Axialende 3' bzw. am zweiten Axialende 3" können diese jeweils eine auf die Trommelachse 3 wirkende Radialkraft erfassen. Über die flach quaderförmig ausgebildeten Koppelungslenker 7, 8 kann außerdem eine ggf. auftretende Tangentialkraft auf die Lauftrommel 2 erfasst werden, insbesondere in Verbindung mit der Koppelstange 12 und dem dritten Kraftaufnehmer 6. Der dritte Kraftaufnehmer 6 ist rechtwinklig zum ersten Kraftaufnehmer 4 angeordnet und steht über eine Koppelungsstange 12 mit dem ersten Axialende 3' der Trommelachse 3 in Kontakt. Somit kann der dritte Kraftaufnehmer 6 eine auf die Trommelachse 3 wirkende Lateralkraft erfassen. Zusätzlich steht der dritte Kraftaufnehmer 6 über die Koppelungsstange 9 und den ersten Koppelungslenker 7 auch mit dem ersten Kraftaufnehmer 4 in Kontakt, so dass ein gezieltes Übersprechen vom ersten Kraftaufnehmer 4 auf den dritten Kraftaufnehmer 6 und umgekehrt stattfinden kann. Durch die gezeigte Anordnung des dritten Kraftaufnehmers 6 kann dieser eine auf die Trommelachse 3 wirkende Lateralkraft erfassen. Der erste Kraftaufnehmer 4, der zweite Kraftaufnehmer 5 und der dritte Kraftaufnehmer 6 sind jeweils als einachsige Kraftaufnehmer ausgebildet, wodurch sie vergleichsweise kostengünstig sind und vor allem vergleichsweise einfach kalibriert werden können. Auch ein unerwünschtes und undefiniertes Übersprechen zwischen Krafterfassungskanälen eines mehrachsigen Kraftaufnehmers kann somit von vornherein vermieden werden. Der in 1 gezeigte Prüfstand ist an einem Tragrahmen 13 aufgehängt.
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2 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines Koppelungslenkers 7, wie er bevorzugt für einen erfindungsgemäßen Prüfstand verwendet wird. Wie zu sehen ist, weist der Koppelungslenker 7 an beiden axialen Enden eine Reihe von Bohrungen 9 auf, welche zur Aufnahme von Schrauben 10 dienen, um den Koppelungslenker mittels Schraubverbindungen am Kraftaufnehmer 4 und am ersten Axialende 3' der Trommelachse 3 (nicht dargestellt in 2) lösbar zu befestigen. Weiterhin weist der Koppelungslenker 7 eine mittige Öffnung 11 auf, durch welche die Koppelungsstange 12 geführt werden kann, um so ein gezieltes Übersprechen vom ersten Kraftaufnehmer 4 auf den dritten Kraftaufnehmer 6 und umgekehrt zu ermöglichen. Die Stärke des Übersprechens hängt dabei von der Länge und der Steifigkeit sowohl der Koppelungsstange 12 wie auch von der Länge und der Steifigkeit des Koppelungslenkers 7 ab.
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3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Trommelachse 3 eines erfindungsgemäßen Prüfstands. Durch gestrichpunktete Linien angedeutet ist ebenfalls die Lauftrommel 2. Ein Pfeil 14 stellt dabei eine auf die Trommelachse wirkende Lateralkraft dar, welche über die Koppelungsstange 12 vom dritten Kraftaufnehmer erfasst werden kann. Pfeile 15, 15' und 15" stellen Radialkräfte dar, welche über den ersten und zweiten Koppelungslenker 6, 7 vom ersten und zweiten Kraftaufnehmer 4, 5 erfasst werden können. Da die Pfeile 15, 15', 15" bzw. die zugeordneten Radialkräfte an drei unterschiedlichen Positionen auf die Trommelachse 3 wirken, entsteht außerdem ein Drehmoment, welches ebenfalls auf die Trommelachse 3 wirkt. Dieses Drehmoment wiederum kann über den ersten und zweiten Koppelungslenker 6, 7 vom ersten und zweiten Kraftaufnehmer 4, 5 erfasst werden sowie aufgrund der Koppelung des ersten Koppelungslenkers 6 mit der Koppelstange 12 auch vom dritten Kraftaufnehmer 6. Pfeile 16, 16' stellen Tangentialkräfte dar, welche aufgrund der flach quaderförmigen Ausbildung des ersten und zweiten Koppelungslenkers 6, 7 ebenfalls vom ersten und zweiten Kraftaufnehmer 4, 5 erfasst werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfstand
- 2
- Lauftrommel
- 3
- Trommelachse
- 3'
- erstes Axialende der Trommelachse
- 3''
- zweites Axialende der Trommelachse
- 4
- erster Kraftaufnehmer
- 5
- zweiter Kraftaufnehmer
- 6
- dritter Kraftaufnehmer
- 7
- erster Koppelungslenker
- 8
- zweiter Koppelungslenker
- 9
- Bohrung
- 10
- Schraube
- 11
- Öffnung
- 12
- Koppelungsstange
- 13
- Tragrahmen
- 14
- Lateralkraft
- 15, 15', 15''
- Radialkraft
- 16, 16'
- Tangentialkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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