DE202017101176U1

DE202017101176U1 - Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands

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Publication number: DE202017101176U1
Application number: DE202017101176.3U
Authority: DE
Original assignee: Cartesy GmbH
Current assignee: Cartesy GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2017-03-20
Anticipated expiration: 2027-03-03
Also published as: DE102017117782B3; EP3574298A1; CN110446913A; DE202017104688U1; WO2018158266A1; WO2018158268A1; DE102017117773B3; WO2018158271A2; WO2018158271A3; DE202017104689U1

Abstract

Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend eine Messvorrichtung (42), die dazu ausgebildet ist, eine am Außenumfang einer Prüfrolle (12) des Prüfstands (10) wirkende Tangentialkraft (F) zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Bei Prüfständen, z.B. Rollenprüfständen, für Kraftfahrzeuge werden Kräfte gemessen, welche beim Beschleunigen sowie beim Bremsen, d.h. bei einer negativen Beschleunigung, auf die Radaufstandsflächen der Reifen wirken.
Die Messung der Kräfte erfolgt hierbei drehmomentbasiert. Ein Kraftfahrzeugrad steht hierbei auf einer Prüfrolle, welche mit einem Antriebsmotor über eine Antriebswelle verbunden ist. Der Antriebsmotor ist pendelnd gelagert. Eine Gegenstütze ist als Kraftsensor ausgeführt. Wird das Kraftfahrzeugrad beschleunigt oder abgebremst, überträgt sich die dabei entstehende Kraft über einen Krafteinleitungsbereich auf die Prüfrolle. Diese Kraft wird über die Gegenstütze, also den Kraftsensor, gemessen. Die Messung der Kraft erfolgt indirekt über eine Drehmomentmessung.
Ein erster Hebel reicht vom Mittelpunkt der Prüfrolle bis zum Bereich der Krafteinleitung auf der Rollenoberfläche. Ein zweiter Hebel erstreckt sich vom Mittelpunkt der Prüfrolle zur Gegenstütze. Die Kraft an der Gegenstütze ergibt sich dadurch im Verhältnis vom ersten zum zweiten Hebel.
Zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands wird direkt am Kraftsensor eine Referenzkraft eingeleitet. Dies geschieht durch ein Anbringen von Krafthebeln, auf die ein Gewicht aufgelegt wird, oder durch Krafthebel, in deren Kraftfluss ein Referenzkraftsensor eingebaut ist.
Nachteilig daran ist, dass die beiden realen mechanischen Hebel dabei jedoch nicht mit berücksichtigt werden. Diese werden einmalig berechnet und als gegeben hingenommen.
Zudem entsteht beim Anbringen der Hebelmechanik ein anderes Hebelverhältnis als das vom ersten zum zweiten Hebel.
Es wird daher mit dieser Art der Kalibrierung nur die Messkette ab dem Kraftsensor bis zu einer Messanzeige kalibriert. Ändert sich jedoch das Verhältnis des ersten Hebels zum zweiten Hebel, so findet dies keine Berücksichtigung. Eine Änderung des Hebelverhältnisses tritt jedoch häufig auf, beispielsweise wenn die Prüfrolle durch mechanische Beanspruchung beim Prüfen im Laufe der Zeit abgefahren wird. Der Durchmesser der Prüfrolle verringert sich hierbei, wodurch sich auch das Verhältnis vom ersten zum zweiten Hebel verändert.
Ferner haben Prüfhebel mit Referenzgewichten zudem den Nachteil, dass alle Gewichte der Erdanziehung unterliegen. Deshalb müsste hierbei eigentlich der örtliche Gravitationswert bekannt sein und berücksichtigt werden. Auch unterliegen mit Referenzgewichten belastete Prüfhebel zudem noch sehr vielen anderen Einflüssen, die beim Belasten entstehen. So erzeugt jede Last eine Deformierung des Hebels, was wiederum eine Änderung des Hebelverhältnisses zur Folge hat und wieder korrigiert werden muss.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Prüfstand zum Kalibrieren geöffnet werden muss und die Krafthebel montiert werden müssen.
Es ist bekannt, eine Prüfachse auf die Prüfrolle aufzusetzen. Die Räder der Prüfachse werden abgebremst und das Gegenstützmoment wird an der Prüfachse in Form einer Drehmomentmessung gemessen. Die eingeleitete Kraft wird dann mit der Kraft, die am Rollenprüfstand angezeigt wird, verglichen.
Der Prüfstand muss hierbei zwar nicht geöffnet werden. Jedoch ist auch dieses Prüfverfahren drehmomentbasierend und unterliegt daher denselben Fehlern.
Eine Veränderung des Raddurchmessers der Prüfachse führt auch hier zu einer Veränderung der Hebelverhältnisse. Zudem sind noch viele weitere Faktoren vorhanden, die zu einer Verfälschung der Messungen führen.
Gemäß gesetzlichen Vorgaben muss ein Prüfstand bei hoher Genauigkeit regelmäßig kalibriert werden. Diese hohe Genauigkeit wird jedoch, beispielsweise aufgrund der Abnutzung der Prüfrolle, welche nicht in die Messung mit einfließt, mit bisherigen Prüfvorrichtungen nicht erreicht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands zu schaffen, welche auf einfache und kostengünstige Weise ein präzises Prüfen bzw. Kalibrieren ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands eine Messvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine am Außenumfang einer Prüfrolle des Prüfstands wirkende Tangentialkraft zu messen.
Bei dem Prüfstand kann es sich beispielsweise um einen Prüfstand für Kraftfahrzeuge handeln. Grundsätzlich sind jedoch beliebige Prüfstände denkbar, insbesondere für Wälzlager, beispielsweis in der Papier- und/oder Textilindustrie.
Erfindungsgemäß wird die Tangentialkraft am Außenumfang der Prüfrolle gemessen. Da die Tangentialkraft direkt gemessen wird, muss keine indirekte Kraftmessung über ungenaue Drehmomentsensoren oder dergleichen erfolgen. Auch Abnutzungen der Prüfrolle haben aufgrund der direkten Messung keinen negativen Einfluss auf die Prüfung bzw. Kalibrierung.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ermöglicht somit auf einfache und kostengünstige Weise ein präzises Prüfen bzw. Kalibrieren eines Prüfstands.
Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu ausgebildet, eine drehmomentbasierte Messung des Prüfstands zu prüfen und/oder zu kalibrieren. Bei den meisten Prüfständen für Kraftfahrzeuge erfolgt die Messung drehmomentbasiert. Aufgrund der bereits beschriebenen Effekte ist eine derartige Messung im Laufe der Zeit jedoch fehlerbehaftet. Umso wichtiger ist es, gerade diese drehmomentbasierten Messungen zu prüfen bzw. zu kalibrieren.
Bei herkömmlichen Prüfvorrichtung erfolgt jedoch auch die Prüfung und/oder Kalibrierung ebenfalls drehmomentbasiert, wodurch die negativen Effekte nicht erkannt werden. Es ist daher gerade bei Prüfständen, die mittels einer drehmomentbasierten Messung arbeiten, vorteilhaft, bei der Prüfung bzw. beim Kalibrieren des Prüfstands eine alternative Messvorrichtung zu verwenden, welche nicht auf einer Drehmomentmessung basiert. Eine Messung der Tangentialkraft, welche am Außenumfang der Prüfrolle wirkt, ist dabei vorteilhaft, da die negativen Effekte erfasst werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu ausgebildet, die gesamte Messkette des Prüfstands zu prüfen und/oder zu kalibrieren. Während die Kalibrierung bei herkömmlichen Prüfvorrichtungen lediglich ab dem Kraftsensor bis zur Messanzeige erfolgt, wird erfindungsgemäß die gesamte Messkette kalibriert. Die gesetzlichen Vorgaben werden auf diese Weise erfüllt.
Insbesondere werden mechanische Abnutzungen der Prüfrolle und/oder eine Veränderung von Krafteinleitungshebeln berücksichtigt. Eine Kalibrierung erfolgt somit auch nach längerem Betrieb, wenn die Prüfrolle bereits abgenutzt ist, stets exakt. Abweichungen in der drehmomentbasierten Messung aufgrund dieser Effekte werden folglich bemerkt und entsprechend berücksichtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Messeinheit der Messvorrichtung als Zugkraftmesser und/oder Druckkraftsensor ausgebildet. Insbesondere kann die Messeinheit zumindest einen Dehnungsmessstreifen umfassen. Auch kann eine Anordnung aus mehreren Dehnungsmessstreifen, z.B. eine Halb- oder Vollbrücke, vorgesehen sein.
Beispielsweise kann es sich bei dem Zugkraftmesser um eine herkömmliche Zugwaage handeln. Ein Zugkraftmesser kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Prüfrolle angetrieben ist.
Ein Druckkraftsensor kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn die Prüfrolle als Bremse fungiert. Ob die Messeinheit als Zugkraftmesser oder als Druckkraftsensor ausgebildet ist, liegt letztlich an der Positionierung der Messeinheit.
Nach einer weiteren Ausführungsform greift eine Messeinheit der Messvorrichtung die zu messende Tangentialkraft unmittelbar ab. Fehlerquellen werden dadurch minimiert, da die Tangentialkraft unmittelbar und insbesondere ohne Zwischenschaltung weiterer Bauteile gemessen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind ein Band und eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen. Die Befestigungsvorrichtung ist an der Prüfrolle des Prüfstands befestigbar oder befestigt. Hierbei muss die Prüfrolle eine Befestigungsmöglichkeit für das Band aufweisen, die bei herkömmlichen Prüfständen noch nicht existiert. Bisher eingesetzte Prüfrollen müssen daher modifiziert bzw. ausgetauscht werden, um die Prüfstände entsprechend nachzurüsten. Bei neuen Prüfrollen kann jedoch gleich eine Prüfrolle mit einer entsprechenden Befestigungsmöglichkeit vorgesehen sein.
Ein Ende des Bands wird somit durch die Befestigungsvorrichtung, z.B. eine Schraubverbindung, an der Prüfrolle befestigt. Das andere Ende des Bands ist mit der Messeinheit der Messvorrichtung verbunden oder verbindbar.
Das Band umschlingt die Prüfrolle vorzugsweise um mindestens 180°, 200°, 220°, 250°, 270°, 300°, 330°, 350° oder 360°.
Insbesondere verläuft das Band am Außenumfang der Prüfrolle entlang und wird tangential zur Messeinheit geleitet. Die Position, an der das Band die Prüfrolle verlässt, hat dabei keinen Einfluss auf die Messung, da der Austritt stets tangential erfolgt und die Zugkraft immer in Rotation umgesetzt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Blockiervorrichtung für einen Antrieb der Prüfrolle vorgesehen. So kann beispielsweise der Rotor für die Prüfrolle blockiert werden.
Es kann eine Kraft am Umfang der Prüfrolle eingekoppelt werden. Die Prüfrolle wird dabei z.B. mittels einer Spannvorrichtung, insbesondere einer Hydraulik, eines Linearantriebs oder eines Spindelantriebs, mit Kraft beaufschlagt. Die Tangentialkraft an der Rollenoberfläche entspricht dann exakt der Kraft, die mit dem Prüfstand erfasst werden soll. Bei dieser Methode entspricht die eingeleitete Kraft der anzuzeigenden Kraft.
Ein Band wird um die Prüfrolle gezogen und umschlingt diese insbesondere um mindestens 180°. Während das eine Ende an der Prüfrolle befestigt ist, ist das andere Ende mit der Messeinheit und diese wiederum mit einer Krafterzeugung verbunden.
Der Antrieb für die Prüfrolle wird im Inneren blockiert, damit sich die Prüfrolle bei Kraftaufbringung auf das Band nicht drehen kann.
Wird am Band gezogen, wird an der Rollenoberfläche eine tangentiale Kraft am wirksamen Umfang der Rolle eingeleitet. Da der Antrieb für die Prüfrolle blockiert ist, wird diese Kraft direkt an die Messeinheit übertragen.
Wird am Band z.B. mit 500 N gezogen, muss auch der Prüfstand diesen Wert anzeigen und zwar unabhängig vom Verhältnis des ersten Hebels zum zweiten Hebel. Bei der Kalibrierung wird folglich auch ein sich verändernder Rollendurchmesser mit berücksichtigt.
So kann die gesamte Messkette von der Rollenoberfläche bis zur Messanzeige präzise justiert bzw. kalibriert werden.
Eine derartige Prüfvorrichtung gestaltet sich sehr kostengünstig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform greift eine Messeinheit der Messvorrichtung die zu messende Tangentialkraft mittelbar ab. Die Messeinheit steht somit nicht unmittelbar mit der Prüfrolle in Verbindung. Beispielsweise kann ein Messschlitten auf die Prüfrolle aufgelegt werden. Es muss daher z.B. keine Befestigungsmöglichkeit an der Prüfrolle vorgesehen sein. Das Prüfen und/oder Kalibrieren kann somit erfolgen, ohne dass der Prüfstand geöffnet und ggf. modifiziert werden muss.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Kontaktvorrichtung zum Kontaktieren der Prüfrolle des Prüfstands vorgesehen, wobei die Messeinheit mit der Kontaktvorrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Tangentialkraft wird auch hierbei direkt gemessen, d.h. diese wird nicht erst errechnet oder über eine drehmomentbasierte Messung bestimmt. Allerdings wird die Tangentialkraft mittelbar über die Kontaktvorrichtung abgegriffen. Über die Kontaktvorrichtung wird die Tangentialkraft zur Messeinheit geleitet. Die Messeinheit kann mit der Kontaktvorrichtung vorzugsweise unmittelbar verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kontaktvorrichtung wenigstens ein Endlosband und zumindest zwei Umlenkrollen für das Endlosband oder eine flächige Kontaktplatte. Die Anordnung aus Umlenkrollen und Endlosband wird auch als Messschlitten bezeichnet. Ein Endlosband hat u.a. den Vorteil, dass Vibrationen des Prüfstands kompensiert werden.
Der Begriff Endlosband ist breit zu verstehen und umfasst neben einem einzelnen, breiten Band auch mehrere schmale, nebeneinander angeordnete Riemen. Die Breite des Bands bzw. die Gesamtbreite der Riemen kann in etwa einer Reifenbreite eines Fahrzeugs entsprechen. Insbesondere kann die Breite zwischen 100 mm und 300 mm, vorzugsweise zwischen 150 mm und 200 mm, betragen.
Eine flächige Kontaktplatte arbeitet im Grunde auf dieselbe Weise wie ein Messschlitten, wobei der Messbereich im Vergleich zum Endlosband begrenzt ist.
Insbesondere kann das Endlosband bzw. die Kontaktplatte leicht austauschbar ausgebildet sein, beispielsweise um ein abgenutztes Endlosband bzw. eine abgenutzte Kontaktplatte zu ersetzen oder, je nach Bedarf, ein Endlosband bzw. eine Kontaktplatte mit einem anderen Reibungskoeffizienten zu verwenden.
Zunächst wird die Prüfvorrichtung an einem Rahmen des Prüfstands befestigt. Auf die Prüfrolle wird der Messschlitten bzw. die Kontaktplatte aufgesetzt. Der Messschlitten bzw. die Kontaktplatte ist vorzugsweise frei in horizontaler Richtung beweglich und über die Messeinheit mit dem Rahmen verbunden.
Beim Bremsen wird an der Rollenoberfläche ein Widerstand erzeugt. Dieser wird dann 1:1 über die Messeinheit gemessen. Die Horizontalkraft am Scheitelpunkt der Prüfrolle entspricht der Tangentialkraft. Ein Abrieb am Messschlitten bzw. der Kontaktplatte führt zu keinem Messfehler.
Die an der Messeinheit gemessene Kraft entspricht der am Rollenumfang wirkenden Tangentialkraft. Der Sensor des Prüfstands misst hingegen die resultierende Kraft unter Einbeziehung des Verhältnisses aus dem ersten zum zweiten Hebel. Beträgt das Hebelverhältnis z.B. 1:2, so wirken bei 500 N an der Rollenoberfläche 250 N am Sensor des Prüfstands.
Der am Sensor des Prüfstands ausgegebene bzw. angezeigte Wert muss bei korrekter Darstellung 500 N betragen, d.h. das Hebelverhältnis muss berücksichtigt werden. Ändert sich das Hebelverhältnis, da z.B. der Rollendurchmesser durch Verschleiß geringer wird, ändert, insbesondere verringert, sich auch die Kraft am Sensor des Prüfstands.
Unabhängig davon, welcher Fehler in der Messkette besteht, wird dieser unmittelbar sichtbar, da die eingeleitete Kraft am Außenumfang der Prüfrolle immer richtig gemessen wird.
Eine derartige Prüfvorrichtung kann beispielsweise am Prüfstand angebracht werden. Auch kann die Prüfvorrichtung in einem Prüfanhänger vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung über eine Hydraulik dann auf die Prüfrolle des Prüfstands aufgesetzt werden. Es wird stets die Tangentialkraft und kein Drehmoment gemessen.
Durch einen Prüfanhänger mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren kann die Vorrichtung mobil an verschiedenen Orten eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist eine Kontaktfläche der Kontaktvorrichtung, insbesondere eine Oberseite eines Endlosbands, ein reibungserhöhtes Material und/oder eine reibungserhöhte Struktur auf.
Beispielsweise kann ein Gummimaterial und/oder Noppen oder Rippen vorgesehen sein, um die Reibung zu erhöhen und vorzugsweise einen Kraftschluss zu erzeugen. Die Kraftübertragung wird dabei nicht durch Schlupf-Effekte beeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktvorrichtung an einem Arm angeordnet, welcher um eine zu einer Kontaktfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist.
Der Arm ist zumindest geringfügig um die Schwenkachse schwenkbar gelagert. Der Messschlitten oder die Kontaktplatte kann sich somit von selbst ausrichten und mit der Ausrichtung der Prüfrolle fluchten. Querkräfte werden dadurch vermieden. Die gewünschte Position wird am Scheitelpunkt der Prüfrolle dadurch auch während dem Prüfen bzw. Kalibrieren beibehalten.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Anpresskraftsensor, ein Winkelsensor, eine Bremsvorrichtung für eine Kontaktvorrichtung, ein Geschwindigkeitssensor zur Messung der Geschwindigkeit einer Kontaktvorrichtung und/oder eine antreibbare Tastrolle zur Geschwindigkeitsmessung der Prüfrolle vorgesehen.
Es kann somit eine universale Prüfvorrichtung geschaffen werden, mit deren Hilfe neben der Tangentialkraft auch weitere Werte gemessen, geprüft und/oder kalibriert werden können.
Ein Anpresskraftsensor kann beispielsweise ermitteln, mit welcher Kraft die Kontaktvorrichtung auf die Prüfrolle drückt bzw. gedrückt wird.
Über einen Winkelsensor kann z.B. eine Schräglage einer Prüfrolle und/oder der Kontaktvorrichtung ermittelt und berücksichtigt werden.
Eine Bremsvorrichtung für eine Kontaktvorrichtung, insbesondere für einen Messschlitten, kann die Kontaktvorrichtung still stehen lassen. Dies ist hilfreich, um z.B. den Antrieb der Prüfrolle zu prüfen und/oder zu kalibrieren, die Reibungswerte der Prüfrolle bzw. der Kontaktvorrichtung und/oder den Schlupf zu ermitteln. Die Bremsvorrichtung kann z.B. eine Wirbelstrombremse umfassen.
Ein Geschwindigkeitssensor kann vorgesehen sein, um die Geschwindigkeit der Kontaktvorrichtung zu messen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine antreibbare Tastrolle zur Geschwindigkeitsmessung vorgesehen sein. Die Tastrolle kann an der Prüfrolle angeordnet sein und so die Geschwindigkeit bestimmen bzw. die Schlupfabschaltung des Prüfstands überprüfen, wenn die Tastrolle mit derselben Geschwindigkeit angetrieben wird wie die Prüfrolle.
Insbesondere können sämtliche mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Prüfstands vermessen werden.
Die Erfindung betrifft auch ein System mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und einem Prüfstand mit zumindest einer Prüfrolle.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einem erfindungsgemäßen System, bei dem mittels einer Messvorrichtung eine am Außenumfang einer Prüfrolle des Prüfstands wirkende Tangentialkraft gemessen wird.
Bei einer Messung mittels eines Bands wird ein Ende des Bands an der Prüfrolle befestigt. Das andere Ende des Bands wird mit einer Messeinheit verbunden. Der Antrieb der Prüfrolle wird blockiert. Eine erzeugte Kraft wird eingeleitet und die Tangentialkraft an der Messeinheit gemessen.
Der, insbesondere auf einer Drehmomentmessung basierende, Sensor des Prüfstands kann dann anhand der von der Messeinheit gemessenen Tangentialkraft geprüft und/oder kalibriert werden.
Wird hingegen eine Kontaktvorrichtung verwendet, so kann die Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren auf den Prüfstand aufgesetzt werden, ohne diesen vorher öffnen zu müssen. Befindet sich die Vorrichtung auf einem Prüfanhänger, so kann der Anhänger über dem Prüfstand platziert und die Vorrichtung auf die Prüfrolle, z.B. hydraulisch oder pneumatisch, abgesenkt werden.
Die Tangentialkraft wird über die Kontaktvorrichtung abgegriffen und über die Messeinheit gemessen. Als Testgewicht kann z.B. ein Fahrzeug oberhalb der Kontaktvorrichtung platziert werden. Auch kann das Bremssystem des Fahrzeugs zum Abbremsen der Kontaktvorrichtung verwendet werden.
Alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen sind insbesondere dazu ausgebildet, nach dem hier beschriebenen Verfahren betrieben zu werden. Ferner können alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen sowie alle hier beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens jeweils miteinander kombiniert werden, insbesondere auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Prüfstands,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind. Insbesondere können stets zwei Prüfrollen vorgesehen sein. Die Merkmale einer Ausführungsform können auch beliebig mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden.
Enthält eine Figur ein Bezugszeichen, welches im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert wird, so wird auf die entsprechenden vorhergehenden bzw. nachfolgenden Ausführungen in der Figurenbeschreibung Bezug genommen. So werden für gleiche bzw. vergleichbare Bauteile in den Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet und diese nicht nochmals erläutert.
1 zeigt einen Prüfstand 10 mit einer Prüfrolle 12, welche an einer als Arm 14 ausgebildeten Welle drehbar um eine Drehachse D gelagert ist. Für die Welle 14 sind mehrere Lager 16 vorgesehen. Die Welle 14 kann über einen Antrieb 18, welcher auch als Bremse dienen kann, angetrieben werden.
Auf der Prüfrolle 12 ist ein Rad 20 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welches an einem Kraftübertragungsbereich 22 Kraft auf die Prüfrolle überträgt.
Der Antrieb 18 samt Welle 14 ist pendelnd gelagert. Ein Sensor 24 dient hierbei als Gegenstütze. Die Kraft wird am Sensor 24 über eine Drehmomentmessung bestimmt. Wird das Rad 20 beschleunigt oder gebremst, wird die dabei entstehende Kraft über den Kraftübertragungsbereich 22 auf die Prüfrolle 12 übertragen. Diese Kraft wird über den Sensor 24 gemessen.
Der Sensor 24 ist mit einem Messverstärker 26 verbunden, welcher wiederum mit einer Messdatenverarbeitungsvorrichtung 28 verbunden ist. Die Messdatenverarbeitungsvorrichtung 28 weist eine Schnittstelle 30, z.B. eine ASA-Schnittstelle, sowie eine Messanzeige 32 auf.
Der Messverstärker 26 und die Messdatenverarbeitungsvorrichtung 28 sind Teil einer elektrischen Messkette 34.
Die drehmomentbasierte Messung benötigt das Verhältnis eines ersten Hebels L1 zu einem zweiten Hebel L2. Der erste Hebel L1 erstreckt sich von der Drehachse D der Prüfrolle 12 bis zum Kraftübertragungsbereich 22 auf der Rollenoberfläche. Der zweite Hebel L2 erstreckt sich von der Drehachse D der Prüfrolle 12 zur Gegenstütze 24. Die Kraft an der Gegenstütze 24 ergibt sich dadurch im Verhältnis von L1 zu L2.
Bisher wird zum Kalibrieren direkt am Sensor 24 eine Referenzkraft eingeleitet. Die realen mechanischen Hebel L1 und L2 werden dabei nicht mit berücksichtigt. Diese werden einmalig berechnet und als gegeben hingenommen. Es wird somit lediglich die elektrische Messkette 34 ab dem Sensor 24 kalibriert. Eine Änderung des Verhältnisses des ersten Hebels L1 zum zweiten Hebel L2 wird hingegen nicht berücksichtigt. Das Verhältnis ändert sich in der Praxis jedoch häufig, da die Prüfrolle 12 im Laufe der Zeit abgefahren wird.
2 zeigt eine Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands 10, bei der die zu messende Tangentialkraft F unmittelbar abgegriffen wird.
Ein Band 36 ist an einem Ende über eine Befestigungsvorrichtung 38 mit der Prüfrolle 12 verbunden und zumindest abschnittsweise um die Prüfrolle 12 geschlungen.
Am anderen Ende ist das Band 36 mit einer als Zugkraftmesser ausgebildeten Messeinheit 40 einer Messvorrichtung 42 verbunden.
Die Messvorrichtung 42 umfasst auch eine Krafterzeugung 44.
Zunächst wird eine Kraft am Umfang der Prüfrolle 12 eingekoppelt. Dabei wird eine Prüfrolle 12 mittels der Krafterzeugung 44, z.B. einer Spannvorrichtung, insbesondere einer Hydraulik, eines Linearmotors oder eines Spindelantriebs, mit Kraft beaufschlagt. Die Tangentialkraft F an der Rollenoberfläche entspricht dann exakt der Kraft, die mit dem Prüfstand 10 erfasst werden soll. Bei dieser Methode entspricht die eingeleitete Kraft der anzuzeigenden Kraft.
Der Antrieb 18 für die Prüfrolle 12 wird im Inneren blockiert, damit sich die Prüfrolle 12 bei Kraftaufbringung auf das Band 36 nicht drehen kann.
Wird am Band 36 gezogen, wird an der Rollenoberfläche eine tangentiale Kraft am wirksamen Umfang der Prüfrolle 12 eingeleitet. Da der Antrieb 18 für die Prüfrolle 12 blockiert ist, wird diese Tangentialkraft F direkt an die Messeinheit 40 übertragen.
Wird am Band 36 z.B. mit 500 N gezogen, muss auch der Sensor 24 des Prüfstands 10 diesen Wert anzeigen und zwar unabhängig vom Verhältnis des ersten Hebels L1 zum zweiten Hebel L2. Bei der Kalibrierung wird folglich auch ein sich verändernder Rollendurchmesser mit berücksichtigt.
So kann die gesamte Messkette von der Rollenoberfläche bis zur Messanzeige 32 präzise justiert bzw. kalibriert werden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands 10. Die Tangentialkraft F wird hierbei mittelbar über eine als Messschlitten 46 ausgebildete Kontaktvorrichtung abgegriffen.
Der Messschlitten 46 umfasst zwei Umlenkrollen 48 und ein um die Umlenkrollen 48 angeordnetes Endlosband 50. Der Messschlitten 46 ist mit der Messeinheit 40 verbunden, ansonsten jedoch frei im Arm 14 horizontal beweglich.
Der Arm 14 ist schwenkbar um eine Schwenkachse S an einem Prüfstandrahmen 52 gelagert. Dadurch richtet sich der Messschlitten 46 stets fluchtend aus.
Wird das Endlosband 50 gebremst, erzeugt es an der Oberfläche der Prüfrolle 12 einen Widerstand. Dieser wird dann 1:1 über die Messeinheit 40 gemessen. Durch die Messung der Tangentialkraft F führt ein Abrieb zu keinem Messfehler. Die an der Messeinheit 40 gemessene Kraft entspricht der am Rollenumfang anstehenden Tangentialkraft F.
Der Sensor 24 des Prüfstands 10 misst die resultierende Kraft aus dem Hebel L1 zu L2. Ist das Verhältnis z.B. 1:2, wirken z.B. bei 500 N an der Rollenoberfläche 250 N am Sensor 24.
Die Messanzeige 32 wird derart kalibriert, dass dort 500 N angezeigt werden. Ändert sich das Hebelverhältnis L1 zu L2, in dem z.B. der Rollendurchmesser durch Verschleiß geringer wird, ändert sich auch die Kraft am Sensor 24. Ein Fehler in der Messkette wird hierbei bemerkt, da die eingeleitete Kraft am Rollenaußendurchmesser immer richtig gemessen wird.
Zur Krafterzeugung kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Der Messschlitten 46 ist in diesem Fall lediglich als Messhilfe zwischen das Rad 20 und die Prüfrolle 12 geschaltet. Alternativ kann jedoch auch beispielsweise der Messschlitten 46 einen Antrieb aufweisen.
Anstelle eines um die Umlenkrollen 48 drehbar angeordneten Endlosbands 50 kann der Messschlitten 46 auch unbeweglich ausgebildet sein, d.h. das Endlosband 50 dreht sich nicht und kann sich nicht abrollen.
Hierbei kann der Messschlitten 46 bzw. der Arm 14 auf die Prüfrolle 12 gepresst werden. Die Prüfrolle 12 wird dabei über den Messschlitten 46 blockiert. Wird der Antrieb 18, z.B. ein Elektromotor, gestartet, so kann sich dieser aufgrund der Blockierung nicht drehen. Es wird also das Stillstandsmoment des Antriebs 18 gemessen. Die Messung kann jedoch nur für kurze Zeit erfolgen, da diese ansonsten zur Überhitzung des Antriebs 18 führen würde.
Steuert man den Antrieb 18 z.B. über einen Softstarter an, so kann die Kraft langsam ansteigend erzeugt werden. Somit ist es möglich, eine langsam ansteigende Messkurve zu generieren. Ein Messbereich kann auf diese Weise überprüft werden.
Alternativ kann anstelle eines Messschlittens 46 auch beispielsweise eine Kontaktplatte verwendet werden. Diese kann, z.B. gegen eine Feder, bis zu einem Anschlag gefahren werden. Der Antrieb 18 dreht die Prüfrolle 12 so lange, bis der Anschlag erreicht ist. Beispielsweise könnte man bei einer Geschwindigkeit von 5 km/h eine 2 m lange Kontaktplatte innerhalb von ca. 1,3 s gegen den Anschlag fahren.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der zusätzliche Vorrichtungen und Sensoren vorgesehen sind.
Zwei Prüfrollen 12 können über eine Kette 53 miteinander verbunden sein. Es kann aber auch nur eine Prüfrolle 12 bzw. eine Abrollfläche vorgesehen sein.
Der Arm 14 wird an einer Stelle am Prüfstandrahmen 52 befestigt. Der Arm 14 ist schwenkbar und neigbar gelagert.
Beispielsweise kann ein Winkelsensor 54, ein Anpresskraftsensor 56 zur Messung einer Anpresskraft A, ein Geschwindigkeitssensor 58 zur Messung der Geschwindigkeit des Messschlittens 46, eine Bremsvorrichtung 60 für den Messschlitten 46 und/oder eine, insbesondere angetriebene, Tastrolle 62 zur Geschwindigkeitsmessung der Prüfrolle 12, insbesondere der Rollenumfangsgeschwindigkeit, vorgesehen sein. Die Tastrolle 62 kann beispielsweise über einen Servomotor angetrieben werden.
Es ergibt sich dadurch ein universales Prüfgerät für einen Rollenprüfstand 10.
Dadurch kann beispielsweise die Genauigkeit der Prüfvorrichtung insgesamt erhöht werden.
Auch können die Reibwerte gemessen werden. Beispielsweise kann das Endlosband 50 dabei benetzt werden oder trocken sein.
Ferner kann die Leistung des Antriebs 18 überprüft werden. Zudem kann die Prüfgeschwindigkeit gemessen werden. Auch kann eine Schlupfüberwachungssensorik überprüft werden.
Der Winkelsensor 54 kann den Einbauwinkel der Prüfrollen 12 vermessen, wenn diese beispielsweise einen Versatz aufweisen und nicht fluchten. Der Versatz kann dann bei den Messungen berücksichtigt werden.
Als Zusatzinformation können auch die Geschwindigkeit und der Schwenkwinkel gemessen werden.
Der Messschlitten 46 selbst kann verschiedene Komponenten umfassen. Abhängig von dem Parameter, welcher gemessen, geprüft bzw. kalibriert werden soll, kann der Antrieb 18 aktiv, freilaufend oder blockiert sein. Auch kann der Messschlitten 46 angetrieben, freilaufend oder blockiert sein. Ferner kann die Anpresskraft A zur Messung bestimmter Parameter entsprechend angepasst sein.
Es kann insbesondere eine Kraftmessung in Zug- und/oder Druckrichtung erfolgen. Beispielsweise kann die Tangentialkraft F ohne eine Axialkrafterzeugung bestimmt werden.
Ferner kann eine Kraftmessung in Vertikalrichtung erfolgen. So kann die Anpresskraft A bestimmt werden.
Ein Prüfsystem, das zahlreiche Sensoren und Vorrichtungen umfasst, kann beispielsweise die gesamte Messkette prüfen, einschließlich der Leistung des Antriebs 18 und der Reibwerte an der Rollenoberfläche. Das Prüfsystem stellt auf diese Weise ein universelles Diagnosesystem für einen Rollenprüfstand 10 dar.
Bezugszeichenliste

10: Prüfstand
12: Prüfrolle
14: Arm, Welle
16: Lager
18: Antrieb
20: Rad
22: Kraftübertragungsbereich
24: Sensor, Gegenstütze
26: Messverstärker
28: Messdatenverarbeitungsvorrichtung
30: Schnittstelle
32: Messanzeige
34: elektrische Messkette
36: Band
38: Befestigungsvorrichtung
40: Messeinheit, Zugkraftmesser
42: Messvorrichtung
44: Krafterzeugung
46: Messschlitten, Kontaktvorrichtung
48: Umlenkrolle
50: Endlosband
52: Prüfstandrahmen
53: Kette
54: Winkelsensor
56: Anpresskraftsensor
58: Geschwindigkeitssensor
60: Bremsvorrichtung
62: Tastrolle
D: Drehachse
L1: erster Hebel
L2: zweiter Hebel
F: Tangentialkraft
S: Schwenkachse
A: Anpresskraft

Claims

Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend eine Messvorrichtung (42), die dazu ausgebildet ist, eine am Außenumfang einer Prüfrolle (12) des Prüfstands (10) wirkende Tangentialkraft (F) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (42) dazu ausgebildet ist, eine drehmomentbasierte Messung des Prüfstands (10) zu prüfen und/oder zu kalibrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (42) dazu ausgebildet ist, die gesamte Messkette des Prüfstands (10) zu prüfen und/oder zu kalibrieren, insbesondere unter Berücksichtigung mechanischer Abnutzungen der Prüfrolle (12) und/oder einer Veränderung von Krafteinleitungshebeln (L1, L2).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (40) der Messvorrichtung (42) als Zugkraftmesser und/oder Druckkraftsensor ausgebildet ist, insbesondere mit zumindest einem Dehnungsmessstreifen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (40) der Messvorrichtung (42) die zu messende Tangentialkraft (F) unmittelbar abgreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (36) und eine Befestigungsvorrichtung (38) vorgesehen sind, wobei die Befestigungsvorrichtung (38) an der Prüfrolle (12) des Prüfstands (10) befestigbar oder befestigt ist und das Band (36) mit der Messeinheit (40) der Messvorrichtung (42) verbunden oder verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blockiervorrichtung für einen Antrieb (18) der Prüfrolle (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (40) der Messvorrichtung (42) die zu messende Tangentialkraft (F) mittelbar abgreift.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktvorrichtung (46) zum Kontaktieren der Prüfrolle (12) des Prüfstands (10) vorgesehen ist, wobei die Messeinheit (40) mit der Kontaktvorrichtung (46) verbunden oder verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (46) wenigstens ein Endlosband (50) und zumindest zwei Umlenkrollen (48) für das Endlosband (50) oder eine flächige Kontaktplatte umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche der Kontaktvorrichtung (46), insbesondere eine Oberseite eines Endlosbands (50), ein reibungserhöhtes Material und/oder eine reibungserhöhte Struktur aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (46) an einem Arm (14) angeordnet ist, welcher um eine zu einer Kontaktfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufende Schwenkachse (S) schwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpresskraftsensor (56), ein Winkelsensor (54), eine Bremsvorrichtung (60) für eine Kontaktvorrichtung (46), ein Geschwindigkeitssensor (58) zur Messung der Geschwindigkeit einer Kontaktvorrichtung (46) und/oder eine, insbesondere antreibbare, Tastrolle (62) zur Geschwindigkeitsmessung der Prüfrolle (12) vorgesehen ist.
System mit einer Vorrichtung zum Prüfen und/oder Kalibrieren eines Prüfstands (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Prüfstand (10) mit zumindest einer Prüfrolle (12).