DE2611123B2 - - Google Patents
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- G01N3/567—Investigating resistance to wear or abrasion by submitting the specimen to the action of a fluid or of a fluidised material, e.g. cavitation, jet abrasion
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen des Abriebverlustes von Luftreifen für Kraftfahrzeuge,
bei denen die Reifen entsprechend dem Gebrauch eines Reifens am Fahrzeug unter den dreidimensionaien
Kraflbcdingungen angelrieben werden und dabei in bezug auf eine bewegliche Gegenfläche,
durch welche eine Fahrbahn simuliert wird, sowohl einem geraden Lauf oder auch einem Schräglauf ausgesetzt
werden.
Verschleißuntersuchungen an Reifen für Kraftfahrzeuge werden heute noch in großem Umfang
durch Fahren mit diesen auf Straßen durchgeführt. Es hat sich gezeigt, daß derartige Untersuchungen
große Kosten ven.Tsachen. Darüber hinaus ist dafür ein erheblicher Zeitaufwand notwendig. Wegen Witterungsverhältnissen
können die Untersuchungen oft nicht durchgeführt werden. Verschiedene geographische
Verhältnisse sind die Ursache dafür, daß die Versuche
nicht überall in der gleichen Weise durchführbar sind.
Die vorstehend geschilderten Gründe haben Anlaß gegeben, Verschleißuntersuchungen bzw. den Abrieb
an Reifen für Kraftfahrzeuge untt: Zuhilfenahme einer
Vorrichtung zu bestimmen in dem Gedanken, den bestehenden Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen.
Die bisherigen Bemühungen in dieser Richtung sind jedoch ohne den gewünschten Erfolg geblieben. Der
Grund liegt darin, daß auftretende Probleme zu einfach gesehen und den entscheidenden Vorgängen in
der Praxis in nicht genügender Weise Rechnung getragen wurden.
Abrieberscheinungen treten an der Lauffläche der Reifen auf, wenn infolge der wirkenden Kräfte und
Momente partiell oder auf der gesamten Aufstandfläehe Relativbewegungen (Gleitungen, Schlupf) zwischen
Reifen- und Fahrbahnoberfläche vorhanden sind. Solche Relativbewegungen entstehen dann,
wenn bei einer geraden Fahrt die Umfangskräfte (Antriebs- oder Bremskräfte) oder bei Kurvenfahrt die
Seitenkräfte (Momente) die Haftgrenze überschreiten.
Um bei verschiedenen Probestücken die gleichen Reihungen wie bei Erprobungen auf Fahrzeugen zu
erhalten, ist es notwendig, die Gleitungen und Reibbewegungen auf eine ganz bestimmte Art zu erzeugen
und auf ein bestimmtes Ausmaß zu bringen.
Bei Vergleichsfahrten mit verschiedenen Reifen muß mit gleichen Fahrzeugen, mit gleicher Beladung,
gleicher Fahrweise (Fahrer), gleicher Radstellung, gleichen Straßenzuständen, gleichen Witterungsverhältnissen
und gleichen Geschwindigkeiten auf der geraden Bahn und in der Kurve gefahren werden. Das
ergibt dann den gleichen Verlauf der Antriebs- und
Bremskräfte und der Kurvenkräfte, aber bei verschiedenen
Gummimischungen oder verschiedenen Reifenmustern zeigen sich bei der geraden Fahrt keine
gleichen Gleitbewegungen oder gleicher Schlupf und in den Kurven keine gleichen Schräglaufwinkel. Gerade
Schlupf- und Schräglaufwinkel wurden in der Vergangenheit gerne zur Steuerung des Abriebs auf
Prüfmaschinen benutzt, weil sich dabei relativ einfache Maschinenkonstruktionen ergaben, worin der
Hauptgrund für die bisherigen Mißerfolge zu suchen ist. Bei fixiertem Schlupf oder fixiertem Schräglaufwinkel
ergeben Reifen mit höheren Reibbeiwerten größere Reibkräfte und damit höhere Abriebsbeanspruchungen,
was aber gerade verkehrt ist, da bei Beanspruchungen
auf gleiche Fahrschärfe (gleiche Kräfte) Reifen mit höheren Reibwerten kleineren
Schlupf und kleinere Schräglaufwinkel zeigen.
Beim Straßenlauf auf trockener Fahrbahn wird die molekulare Berührung der Reifenoberfläche mit der
Fahrbahn weitgehend verhindert, die abgetragener. Gummipartikel vom Staub eingehüllt und vcni den Atmosphärilien
anschließend beseitigt. Wesentliche Veränderungen des molekularen Zustandes der Reifenoberfläche
treten dabei nicht ein, außer es kommt zu einer längeren Blockierbremsung, die aber keinen
normalen Abrieb darstellt. Bei forcierten Laborläufen auf trockenen Bahnen kommt es bei den heute verwendeten
Gummisorten auch bei Verwendung von Reibbelägen (Schmirgelpapier, Korundpapier u. dgl.)
infolge der Knetvorgänge, der Temperatur und der mangelhaften Beseitigung der Abtragungsteile leicht
zu einer Depolimerisierung der Reifenoberfläche, wodurch diese und die abgetragenen Teile klebrig
werden. Infolge dieser Umstände werden die Abriebpartikel schlecht abgestoßen und können auch nicht
abgeblasen werden, was den Testverlauf völlig unreal macht.
Bei Straßenfahrt und mittlerer Beanspruchung liegt das Ausmaß des Abriebs auf befestigten Bahnen
(Asphalt, Beton) in der gemäßigten geographischen Zone für PKW-Reifen etwa zwischen 0,15 und
0,25 mm/1000 km Fahrstrecke und für LKW-Reifen werden Werte zwischen 0,15 und 0,45 mm/1000 km
erreicht. Auch diese Werte dürfen im Labortest nicht wesentlich über- oder unterschritten werden, da sich
sonst 'eicht Reihungsänderungen ergeben.
Das Ausmaß des Abriebes kann nach Labor'esten in gleicher Weise wie nach Straßentesten über die Abnahme
oder Gummidickj oder die Reduktion des Gewichtes festgestellt werden.
Umfan^skräfte treten auf, wenn das in Richtung seiner Mittelebene ablaufende Rad (gerader Lauf)
gezwungen wird, Drehmomente um seine Drehachse zu übertragen. Dazu ist es notwendig, das Rad und
die als Ablaufbahn dienende Unterlage (Trommel, Scheibe, Band) mit je einer, mechanische Leistung
abgebenden Kraftmaschine (Elektromotor, Hydromotor) und mit einer leistungsaufnehmenden Kraftmaschine
(mech. Bremse, hydr. Bremse, Elektrogenerator, Hydrogenerator u. dgl.) zu verbinden und so
zu steuern, daß Umfangs-Reibkräfte der gewünschten Größe entstehen.
Wenn eine Geheibe als Ablaufbahn dienen soll, muß allerdings berücksichtigt werden, daß infolge der ungleich
langen Schulterwege auf den beiden Schultern ungleiche Abricbverhäl nisse herrschen, die allerdings
durch periodische Änderung des Vorzeichens des Schräglaufwinkels gemildert werden können.
Wegen der unterschiedlichen Verformung des Reifens und seiner Aufstandfläche ist es nicht gleichgültig,
ob die Umfangskraft am Reifen in Laufrichtung (angetriebenes Rad) oder gegen die Laufrichtung (gebremstes
Rad) angreift. Die Größe der zur Steuerung des Abrollvorganges verwendeten Umfangskräfte
kann intern durch eine Meßnabe im Rad oder extern durch die Bestimmung der Drehmomente, Lagerreaktionen,
der Spannung in den Konstruktionsteilen
ι» der Radaufhängung oder schließlich über elektrische
Werte der Kraftmaschinen erfaßt werden. Die Möglichkeiten der dabei notwendigen Verfahrenstechnik
können als bekannt vorausgesetzt werden.
Seitenkräfte (in der Achsrichtung liegende Querkräfte)
treten auf, wenn das Rad gezwungen wird, in einer Richtung abzulaufen, die nicht mit der Mittelebene
des Rades übereinstimmt (Schräglauf). Zur Erzielung dieses Zustandes ist nur eine Kraftmaschine
notwendig. Die Bestimmung der '^itenkräfte kann
:-n wieder intern über Meßnaben oder ertern über Lagerreaktionen,
über die Spannung in Konstruktionsteilen oder über Gewichtsbelastung erfolgen. Da die
Seitenkraft geometrisch in eine in Laufrichtung und eine qup.rzur Laufrichtung liegende Komponente zer-
:> legt werden kann, treten gleichzeitig mit Seitenkräften
auch Umfangskräfte auf, die in einem strengen Verhältnis zueinander stehen.
Bei kleinen Schräglaufwinkeln ist die Seitenkraft dem sogenannten Rückstellmoment um die Reifen-
iii hochachse proportional, weshalb in diesen Bereichen
auch dieses zur Steuerung verwendet werden kann.
Mit den geschilderten Konstruktionen können
Umfangs- und Sestenkräfte auch gleichzeitig erzeugt werden. Deren Größen können zwar im Verlauf zu-
r, einander in einem beliebigen Verhältnis stehen, die geometrische Summe ihrer Maxima kann aber einen
bestimmten Betrag nicht überschreiten, da er durch den Reibungsbeiwert fixiert wird (Reibungskreis,
Reibungsellipse).
an Fj ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, eine Lösung
des anstehenden Problems zu schaffen, die es ermöglicht, Reifen für Kraftfahrzeuge mit einem Ergebnis
zu prüfen, die dem durch Fahren auf aer Straße gleichkommt.
j-, Diese Aufgabe wird gemäß der neuen Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art
a) die Steuerung der Kräfteverteilung am Reifen erfolgt unter Beachtung statistischer Gesetzmä-
,Ii ßigkeiten, die auf Straßenfahrzeugen gemessen
waren, wobei
b) zwischen Reifen und Gegenfläche ein loses Reibmittel vor dem Reifen eingebracht und hinter
dem Reifen abgeführt wird.
r, Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei einer wirklichkeitsgetreuen Belastung
des Reifens durch das lose verwendete Reibmittel eine molekuJa. j Berührung der Reifenoberfläche
mit der Gegenfläche der Vorrichtung verhindert wird.
no Die abgetragenen Gummipartikel werden nämlich
vom losen Reibmittel eingehüllt und durch die Atmosphärilien
beseitigt. Das lose Reibmittel hat somit die gleiche Wirkung wie Staub auf der Straße. Das lose
Reibmittel verhindert also sine Depolimerisierung der
ei Reifenoberfläche, was zu den schon erwähnten Störungen
führt.
Neben der Abriebkontrolle an handelsüblichen Reifen und Versuchsstücken aus der Entwicklung der
Reifenindustrie sind Abriebteste auch für die chemische Industrie als Herstellerin von Mischungsbestandteilen
(synthetische Kautschuke, Ruße. Weichmacher, Beschleuniger, Alterungsschutzmittel u. dgl.)
und für jene Arbeitsgruppen der Reifenindustrie interessant, welche Mischungsrezepte erproben. Hier
geht es unter weitgehendem Ausschluß der Mustereinflüsse um den spezifischen Verschleiß verschiedener
Gummisorten, und für solche Tests empfiehlt sich aus wirtschaftlichen Gründen die Verwendung von
Mini-Reifen oder sogar nur scheibenförmigen Prüfkörpern. Mit der Schräglaufmethode unter Verwendung
einer Laufscheibe und mit Rückstellmoment ;ils Steuergröße läßt sich eine hierfür geeignete und besonders
einfache und preiswerte Vorrichtung bauen.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise
dargestellt.
Auf einer Scheibe 1 aus sehr abriebfestem Material läuft der Prüfkörper oder ein Reifen 2. dessen
Achse 3 in positivem oder negativem Schräglaufwinkel zur Scheibentangente im Aufstandsmittelpunkt
steht. Der Prüfkörper 2 sitzt auf einer gekröpften Achse 4, welche um eine Drehachse 5 schwenkbar ist.
die durch den Mittelpunkt der Aufstandsfläche der Scheibe 1 verläuft und senkrecht zu dieser steht. Die
radiale Belastung des Prüfkörpers 2 kann einerseits durch entsprechendes Absenken der gekröpften
Achse 4 mit Hilfe des Gewichtes 6 erfolgen, wozu die gekröpfte Achse 4 verdrehbar und achsverschieblich
eingerichtet ist. Die gleiche Belastung kann durch Anheben der Scheibe 1 gegen den Prüfkörper 2 durch
das Gewicht 7 herbeigeführt werden. In diesem Fall muß die Mittelachse 8 der Scheibe 1 drehbar und
längsverschieblich ausgeführt werden.
Die Scheibe 1 wird vom Motor 9 über entsprechende Übersetzungen angetrieben.
Die konstante Seitenkraft bzw. das Moment wird durch Seilzüge 10 und 11 erreicht, welche über eine
Scheibe 12 und Rollen 13 bzw. 14 laufen und jeweils durch eines der Gewichte 15 bzw. 16 belastet sind.
Um die ungleichmäßige Abnützung der Außen- und Innenschulter des Prüfkörpers 2 zu kompensieren,
werden periodisch in fixierten Zeitabständen mit Hilfe des Hebelwerkes 17 abwechselnd die Gewichte 15
oder 16 zur Wirkung gebracht, wodurch der Schräglaufwinkel sein Vorzeichen ändert. Zur Verhinderung
von Schwingungen trägt die gekröpfte Achse 4 einen Schwingungsdämpfer 18. Die Zuführung des Reibmittels
vom Vorratsbehälter 19 erfolgt über eine F-"instelldüse
20 über ein Fall- oder Schüttelrnhr 21 auf die Scheibe 1. von wo es nach dem Durchlauf von einer
Abstreifvorrichtung 22 über den Scheibenrand 23 abgestreift und in das Abfallgefäß 24 befördert wird.
Wegen der Erhaltung der Angriffsschärfe und der
BescitigunE der Abriebmassen ist es zweckmäßig.
Reibmittel in ungebundener Form zu verwenden. Diese Reibmittel können sein:
Gesteinsbruch (Granit. Dolomit. Basalt. .)
Flußsand (Quarz)
Flußsand (Quarz)
natürliche und synthetische Schleifmittel (Schmirgel. Korund. Siliziumkarbid...)
Es können Korngrößen zwischen 0.05 und 1.5 mm
zur Verwendung kommen. Zur Konstanthaltung des Verschleißes ist es jedoch unbedingt notwendig, durch
Siebung eine enge Toleranz der Korngröße und bei Mischungen eine einheitliche Zusammensetzung ?u
erreichen.
Als Abriebmittel ist wegen der Wirtschaftlichkeit und Gleichmäßigkeit Flußsand vorzuziehen.
Zur Erläuterung der Erfindung wurde vorstehend eine Vorrichtung gewählt, die eine bewegliche Scheibe
aufweist, auf welcher der Prüfkörper läuft. Die Henutzung der Erfindung ist jedoch nicht an eine solche
Scheibe gebunden. So können als Lauffläche im Sinne der Erfindung auch an sich bekannte bewegliche Flächen,
wie eine zylindrische Innen- oder Außenflache oder auch ein Band benutzt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (8)
1. Verfahren zum Prüfen des Abriebverlustes von Luftreifen für Kraftfahrzeuge, bei denen die *>
Reifen entsprechend dem Gebrauch eines Reifens am Fahrzeug unter den dreidimensionalen Kraftbedingungen
angetrieben werden und dabei in bezug auf eine bewegliche Gegenfläche," durch welche
eine Fahrbahn simuliert wird, sowohl einem to geraden Lauf oder auch einem Schräglauf ausgesetzt
werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Die Steuerung der Kräfteverteilung am Reifen erfolgt unter Beachtung statistischer Gesetzmäßigkeiten,
die auf Straßenfahrzeugen gemessen waren.
b) Zwischen Reifen und Gegenfläche wird ein loses Reibmittel vor dem Reifen eingebracht
und hinter dem Reifen abgeführt. -'<>
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reifen (2) in bezug auf ihre Drehachse waagerecht an einer senkrecht angeordneten gekröpften
Achse (4) unter Zuhilfenahme eines an der gekröpften Achse waagerecht befestigten
Zapfens (3) gelagert sind, so daß die Reifen (2) bzw. die scheibenförmigen Körper um den geometrischen
Mittelpunkt der gekröpften Achse (4) gedreht und gleichzeitig zusammen mit der ge- «>
kröpften Achse (4) senkrecht, d. h. quer zu ihrer Drehachse bewegt werden können.
3. Vorrichtung nach Anspr-xh 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die gekröphe Achse (4) längsverschieblich
angeordnet ist und daß dieselbe unter dem Einfluß eines Gewichtes (6) steht, wodurch eine radiale Belastung der Reifen (2)
bzw. der scheibenförmigen Körper erzeugt werden kann.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Belastung
zusätzlich durch ein Gewicht (7) erzeugt wird, welches ein Anheben der Gegenfläche (1)
bewirkt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung und
Regelung die an den Reifen auftretenden Momente um die Hochachse derselben auftreten, eine
im Zentrum der gekröpften Achse auf dieser festsitzenden Seilscheibe (12) und ein um diese geleg- >o
tc3 Seil (10 bzw. 11) angeordnet sind, die dazu
dienen, die relative Abweichung der Seilscheibe (12) gegenüber ihrer Normalstellung anzuzeigen
und zu diesem Zweck das über die Seilscheibe (12) gelegte Seil (10 bzw. 11) mit seinen Enden über -,-.
zwei mit ihrer gemeinsamen Achse waagerecht vorgesehenen Seilscheiben (13,14) nach unten zu
führen und dessen Enden mit Gewichten (15.16) zu belasten, um deren Bewegung als Ausgangswert
zur Bestimmung der vorgenannten Momente mi heranziehen zu können.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmäßige
Schulterabnutzung der Reifen (2) durch periodische Änderungen des Vorzeichens des Schräg- «
laufwinkels verbessert wird, dadurch, tiaß eines der beiden Gewichte (15 und 16) abwechselnd gehoben
und gesenkt werden kann.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfläche (1)
für die Reifen durch eine kreisringförmige Scheibe gebildet wird.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstreifvorrichtung
(22) zur Entfernung des verbrauchten losen Reibmittels sowie des Abriebs von der Gegenfläche
(1) vorgesehen ist.
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