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Reifenprüfstand
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Die Erfindung betrifft einen Reifenprüfstand für Dauermüdungsversuche,
umfassend eine Prüftrommel, eine Lagerung für einen zu prüfenden Reifen in Abwälzstellung
gegenüber dem Trommelumfang, eine Antriebsvorrichtung für die Prüf trommel, eine
Antriebsvorrichtung für den zu prüfenden Reifen, wobei der Reifen in radialer Richtung
gegen die Mantelfläche der Prüftrommel andrückbar ist und wobei ferner die Reifenachse
und die Prüftrommelachse in ihrer gemeinsamen Ebene aus der Parallelstellung heraus
relativ zueinander winkelveränderlich sind.
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Bei bekannten Reifenprüfständen für Dauermüdungsversuche sind die
Belastungen des Reifens im wesentlichen statisch. Es ist zwar möglich, die Andrückkraft,
mit welcher der Reifen an den Trommelumfang angedrückt wird, den Winkel, den die
Prüfachse und die Reifenachse in ihrer gemeinsamen Ebene miteinander einschließen
(Sturzwinkel) und gegebenenfalls den Winkel, den eine achsnormale Mittelebene des
Reifens gegen eine achsnormale Mittelebene der Prüftrommel bildet (Lenkeinschlagwinkel)
langfristig zu verändern; jedoch ist es nicht möglich, die hochfrequenten Belastungsänderungen
am Reifen, die im Fahrbetrieb auftreten, auf dem Prüfstand zu simulieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reifenprüfstand für
Dauermüdungsversuche so auszugestalten, daßer Belastungen im Fahrbetrieb und damit
die Beanspruchungen des zu prüfenden Reifens möglichst wirklichkeitsgetreu zu simulieren
gestattet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der Reifen mit pulsierender Radiallast
gegen die Umfangsfläche
der Prüftrommel andrückbar ist, daß das vom Reifen auf die Prüftrommel übertragene
Drehmoment pulsierend veränderbar ist und daß die Winkel stellung der Reifenachse
und der Prüftrommelachse pulsierend veränderbar ist, wobei die Pulsationsfrequenzen
den im Fahrbetrieb auftretenden Pulsationsfrequenzen wenigstens annähernd entsprechen.
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Der Reifen kann in radialer Richtung durch einen - vorzugsweise hydraulischen
- radialen Pulsator gegen die Trommelumfangsfläche andrückbar sein.
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Eine für die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips besonders geeignete
Reifenhalterung besteht darin, daß die Reifenlagerung durch ein Dreibein getragen
ist, dessen Schenkel annähernd in einem Punkt der Reifenachse gelenkig miteinander
verbunden sind, wobei ein erster Schenkel im wesentlichen diametral zur Reifenachse
und zur Prüftrommelachse gerichtet ist, ein zweiter Schenkel im wesentlichen in
der Reifenachse liegt und ein dritter Schenkel sich im wesentlichen senkrecht zu
den beiden erstgenannten Schenkeln erstreckt und wobei alle drei Schenkel an ihren
von der Reifenlagerung fernen Enden kugelgelenkig in einer Stützvorrichtung gelagert
sind. Dabei kann in dem ersten Schenkel der Radialpulsator angeordnet sein. Der
zweite Schenkel kann als Hohlwelle ausgebildet seinr innerhalb welcher eine Antriebswelle
zu der als Drehmomentpulsator ausgebildeten Antriebsvorrichtung verläuft. Diese
Halterung eines Reifens an einem Dreibein ist u. a. deshalb besonders vorteilhaft,
weil der Reifen fliegend gelagert werden kann, so daß er ohne Umbauarbeiten am Prüfstand
angebracht und abgenommen werden kann.
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Bevorzugt ist die Reifenlagerung auf einem Schlitten angeordnet, welcher
in diametraler Richtung des Reifens und der Prüftrommel verstellbar ist; dadurch
wird es möglich, den Prüfstand an verschiedene Reifendurchmesser anzupassen.
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Auf dem Schlitten können der Radialpulsator und die Antriebsvorrichtung
für den Reifen angebracht werden.
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Um den Sturzwinkel statisch und pulsierend verändernzu können, kann
man die Prüftrommel in einem Schwenkrahmen lagern, welcher um eine zur gemeinsamen
Ebene der Reifenachse und der Prüftrommelachse senkrechte, die Prüftrommelachse
wenigstens annähernd in Längsmitte der Prüftrommel schneidende Rahmenschwenkachse
schwenkbar gelagert ist. Der Schwenkrahmen kann dabei mit einem Schwenkpulsator
verbunden sein, welcher statische und pulsierende Seitenkräfte auf den Reifen aufzubringen
gestattet, wie sie beispielsweise im Fahrbetrieb durch die Veränderung des Sturzwinkels
hervorgerufen werden.
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Um die Verhältnisse bei der Rurvenfahrt (Schräglaufwinkel) ebenfalls
simulieren zu können, kann man die Prüftrommel zusätzlich um eine Kippachse schwenkbar
machen, welche im wesentlichen annähernd mit einer durch die Längsmitte der Prüftrommel
und des Reifens gehenden senkrechten Verbindungslinie der Prüftrommelachse und der
Reifenachse zusammenfällt. Hierzu kann der Schwenkrahmen in einem Kipprahmen schwenkbar
gelagert sein, welcher seinerseits um die Kippachse kippbar gelagert ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reifenprüfstands liegt darin, daß die Prüf trommel durch einen weiteren an ihrer
Umfangsfläche anliegenden Sekundärreifen angetrieben ist. Die-Trommel kann bei dieser
Ausführungsform besonders leicht, d. h.
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mit geringem Trägheitsmoment um ihre Achse ausgeführt- werden, so
daß sich die Einregelung der Drehmomentpulsatoren in Anpassung an die wirklichen
Verhältnisse im Fahrbetrieb vereinfacht.
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Der Sekundärreifen kann in entsprechender Weise gelagert und gehalten
sein wie der zu prüfende Reifen.
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Um die Verhältnisse auf der Straße zu simulieren, kann man die Antriebsvorrichtung
der Prüftrommel als Bremsantrieb und die Antriebsvorrichtung des zu prüfenden Reifens
als Beschleunigungsantrieb ausbilden.
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Der Radialpulsator,der Schwenkpulsator und der Drehmomentpulsator
können durch Pulsationsprogramme gesteuert oder geregelt sein, welche im Straßenbetrieb
ermittelt sind.
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Die Pulsation der Pulsatoren kann insbesondere durch Soll-/Ist-Wertvergleich
mit solchen Pulsationsprogrammen geregelt sein.
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Die Verhältnisse im Straßenbetrieb können besonders gut dadurch reproduziert
werden, daß der zu prüfende Reifen mit pulsierendem Drehmoment entsprechend dem
vorgegebenen Drehmoment-Programm angetrieben ist und daß die Prüftrommel-Drehzahl
entsprechend der jeweils gewünschten Drehzahl nachgeregelt wird.
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Auf dem erfindungsgemäßen Reifenprüf stand für Dauermüdungsversuche
kann mit einer Prüfnabe gearbeitet werden, wie sie im Fahrversuch verwendet wird.
Die Regelung der Pulsatoren kann dabei durch Soll-/Ist-Wertvergleich der im Fahrversuch
an der Prüfnabe ermittelten und gespeicherten Sollwerte mit den an der Prüfnabe
im Prüfstand auftretenden Istwerte der Belastung erfolgen. Die Dauerversuche am
Prüfstand brauchen aber nicht mit Prüfnaben gefahren zu werden; man kann vielmehr
am Prüfstand Meßeinrichtungen vorsehen, welche die in einem unter Regelung durch
die Prüfnabe durchgeführten Probelauf auftretenden Betriebswerte der Pulsatoren
ermitteln und an einen Meßwertspeicher weitergeben, wobei diese Betriebswerte in
einem späteren auf normaler Nabe durchgeführten Betrieb als Sollwerte dienen. Man
kann also im Dauerversuch die Sollwerte aus diesem Meßwertspeicher entnehmen- und
diese dann mit den an den Meßeinrichtungen des Prüfstands gemessenen Istwerten zum
Zwecke der Regelung vergleichen.
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Als erste Meßeinrichtung kann eine Kraft- und/oder Wegmeßeinrichtung
vorgesehen sein, welche dem Radialpulsator zugeordnet ist. Als zweite Meeinrichtung
kenn eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen sein, welche die durch den Schwenkpulsator
auf den Reifen übertragene Axialkraft mißt. Als dritte Meßeinrichtung kann eine
Drehmomentmeßeinrichtung vorgesehen sein, welche in den Drehantrieb des zu prüfenden
Reifens eingeschaltet ist. Als vierte Meßeinrichtung kann eine Drehzahlmeßeinrichtung
für die Drehzahl des zu prüfenden Reifens vorgesehen sein.
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Als fünfte Meßeinrichtung schließlich kann eine Kraftmeßeinrichtung
vorgesehen sein, welche die durch die Umfangskraft am zu prüfenden Reifen erzeugte
Tangentiälkraft ermittelt.
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Der Antrieb der Prüf trommel durch einen Sekundärreifen bietet den
weiteren Vorteil des unmittelbaren Vergleichs zweier zu vergleichender Reifen, indem
diese an dem Umfang der Prüftrommel anliegenden Reifen wahlweise als zu prüfender
und als Sekundärreifen arbeiten, wobei innerhalb eines Prüfablaufs in beliebiger
zeitlicher Reihenfolge die beiden Reifen abwechselnd als zu prüfender und als Sekundärreifen
dienen.
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Die beiliegende Figur erläutert die Erfindung anhandeines Ausführungsbeispiels.
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Der Reifenprüf stand umfaßt ein Grundgerüst 10. Auf diesem Grundgerüst
10 ist ein Schlitten 12 in der Richtung des Doppelpfeils 14 verschiebbar geführt.
Auf dem Schlitten 12 ist ein Dreibeingestell 16 mit einem ersten Schenkel 18, einem
zweiten Schenkel 20 und einem dritten Schenkel 22 angebracht. Die Schenkel 18, 20,
22 sind an ihrer Kreuzungsstelle 24 kugelgelenkig miteinander verbunden. Der erste
Schenkel 18 ist bei 26 gelenkig an dem Schlitten 12 angebaut; der zweite Schenkel
20 ist bei 28 kugelgelenkig an dem Schlitten 12 angebaut, und zwar mittels einer
Blattfeder 30, die bei 32 in dem Schlitten 12 eingespannt ist und an ihrem freien
Ende 34 den zweiten Schenkel 20 trägt, so daß dieser in Richtung seiner Längsrichtung
beweglich ist. Der dritte Schenkel 22 ist bei 36 kugelgelenkig an dem Schlitten
12 angelenkt.
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Auf dem Dreibein 16 ist nahe der Kreuzungsstelle 24 der Schenkel als
Lagerung für den Reifen eine Nabe 38 gelagert, die den zu prüfenden Reifen 40 trägt.
Dieser Reifen ist durch einen Antriebsmotor 42 über eine Welle angetrieben, die
innerhalb des Schenkels 20 verläuft.
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Im Ubertragungsweg von dem Antriebsmotor 42 zu, der Nabe 38 sind eine
Drehmomentmeßeinrichtung 44 und Drehzahlmeßeinrichtung 46 angeordnet. In dem zweiten
Schenkel 20 liegt ferner eine Kraftmeßeinrichtung 48.
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Indem ersten Schenkel 18 liegt ein Radialpulsator 50 und eine Kraft-
und/oder Wegmeßeinrichtung 52. In dem dritten Schenkel 22 liegt eine Kraftmeßeinrichtung
54.
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In einem Portal 56 des Grundgerüsts ist ein Kipprahmen um eine Kippachse
kippbar gelagert. Ein Kippantrieb ist vorgesehen, jedoch nicht eingezeichnet; dieser
Kippantrieb kann, muß aber nicht ein Pulsationsantrieb sein. In dem Kipprahmen 58
ist ein Schwenkrahmen 60 um eine Schwenkachse S gelagert und mit einem Schwenkpulsator
62 verbunden. Mit dem Schwenkpulsator 62 ist eine Winkelmeßeinrichtung 64 verbunden.
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In dem Schwenkrahmen-60 ist eine Prüftrommel 66 um eine Prüftrommelachse
P gelagert, welche in ihrer Grundstellung zur Reifenachse R parallel ist.
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Die Prüftrommel 66 ist frei drehbar. An der Prüftrommel 66 liegt außer
dem zu prüfenden Reifen 40 ein Sekundärreifen 68 an, welcher von einem Antriebsmotor
70 her den Antrieb der Prüftrommel übernimmt. Die Lagerung und Halterung des Sekundärreifens
68 ist identisch zu derjenigen des zu prüfenden Reifens 40.
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Durch den Radialpulsator 50 wird der zu prüfende Reifen 40 mit einer
vorgegebenen statischen Radialkraft gegen die Umfangsfläche 72 der Prüftrommel 66
angedrückt.
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Diese statische Radialkraft entspricht dem auf den Reifen entfallenden
Gewichtsanteil des Fahrzeugs. Außerdem bringt der Radialpulsator 50 eine der statischen
Kraft überlagerte pulsierende Kraft auf den Reifen 40 auf; diese pulsierende Kraft
entspricht der dynamischen Belastung des Reifens infolge Straßenunebenheiten und
Schwingungen des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung.
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Durch den Antriebsmotor 42, der als Drehmomentpulsator angetrieben
ist, wird der Reifen 40 in Drehbewegung versetzt, während die Prüftrommel 66 von
dem Antriebsmotor 70 her über den Sekundärreifen 68 in Drehbewegung versetzt wird.
Die Antriebsverhältnisse sind so eingestellt, daß sich der Reifen im wesentlichen
schlupffrei entsprechend dem normalen Fahrbetrieb an der Trommelumfangsfläche 72
abwälzt, wobei die zwischen dem Reifen 40 und der Trommelumfangsfläch-e 72 wirkende
Tangentialkraftdea normalen Geradeaus-Fahrbetrieb auf einer Straße entspricht.
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Nun ist aber de Antriebsmotor 42 als Drehmomentpulsator ausgebildet,
so daß ein pulsierendes Drehmoment auf den Reifen 40 übertragen werden kann, welches
auch pulsierende Tangentialkräfte zwischen dem Reifen 40 und der Umfangsfläche 72
der Prüftrommel 66 ergibt, entsprechend den Verhältnissen beim Bremsen und Beschleunigen
auf der Straße. Der Antriebsmotor 70 ist so geregelt, daß eine gewünschte Umfangsgeschwindigkeit
des zu prüfenden Reifens 40 und der Prüftrommel 72 eingehalten wird, entsprechend
einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit im Fahrbetrieb.
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Der Schwenkpulsator 62 erlaubt die Einstellung eines Grundeinstellwinkels
um die Schwenkachse S entsprechend einem bestimmten Sturz des Reifens 40 gegenüber
der Straße im Fahrbetrieb. Dieser statischen Sturzeinstellung
ist
durch den Schwenkpulsator 62 eine gewünschte Pulsation überlagerbar.
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Die Radialkraft, und zwar sowohl die statische als auch die~dynamische,
welche durch den Radialpulsator 50 aufgebracht wird, wird durch die Meßeinrichtung
52 gemessen. Die durch den Radialpulsator 50 aufzubringende Kraft ist durch ein
Programm vorbestimmt. Die Einregelung dieser Kraft erfolgt durch Vergleich des Sollwerts,
der von dem Programmspeicher vorgegeben wird, und des Istwerts, der durch die Meßeinrichtung
52 gemessen wird.
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Das Programm kann im Fahrbetrieb auf der Straße ermittelt worden sein.
Die Regelung ist derart, daß jedenfalls Stöße, wie sie durch Schlaglöcher zustande
kommen, im Programm entsprechend wirklichkeitsgetreu nachgebildet werden können.
Es ist auch denkbar, sehr hochfrequente Stöße, wie sie durch Befahren eines Pflasters
in Wirklichkeit auftreten, in dem Radialpulsator 50 durch die Regelung nachzubilden,
jedoch ist die Reproduktion solcher hochfrequenter gleichmäßiger Stöße weniger bedeutsam
für die Erzeugung eines wirklichkeitsgetreuen Radialbelastungsprogrammes wie die
Nachbild vg von Stößen, wie sie etwa durch Schlaglöcher zustande kommen, so daß
u. U. auch eine Regelung genügt, welche hochfrequente Stöße geringer Amplitude,
wie sie durch Befahren von Pflaster zustande kommen, nicht reproduziert.
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Die Radialkraft kann im Straßenfahrversuch mittels einer Prüfnabe
ermittelt werden. Der Verlauf der Radialkraft kann dabei aufgezeichnet werden und
ein Radialkraftprogramm ergeben. Dieses Radialkraftprogramm kann dann
in
einem Probelauf auf dem Prüfstand mittels derselben Prüfnabe reproduziert werden,
indem an der Prüfnabe der Istwert der Radialkraft gemessen und mit dem durch das
Programm vorgegebenen Sollwert verglichen werden, wobei der Radialpulsator 50 durch
den Soll-/Ist-Wert-Vergleich geregelt wird. Man kann nun bei diesem Probelauf die
Radialkraft an der Meßeinheit 52 messen und in einem weiteren Programmspeicher speichern.
Dadurch wird es möglich, im Dauerversuch auf die Prüfnabe zu verzichten und das
Radialbelastungsprogramm aus dem von der MeBeinrichtung 52 her gefütterten Speicher
entnehmen. Dieses Programm liefert dann im Dauerversuch den Sollwertverlauf, der
mit dem an der Meßeinrichtung 52 gemessenen Istwertverlauf verglichen wird, wobei
aufgrund dieses Vergleichs die pulsierende Radialkraft in dem Radialpulsator 50
geregelt wird.
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Der Antriebsmotor 42, der als Drehmomentpulsator wirkt, gestattet
die Erzeugung variierender Tangentialkräfte zwischen der Umfangsfläche 72, der Prüftrommel
66 und dem Reifen 40. Das variierende Drehmoment kann von einem Drehmomentprogramm
abgeleitet werden, das im Straßenfahrbetrieb mit der Prüfnabe ermittelt worden ist.
Dieses Programm wird als Sollwertverlauf vorgegeben. Der Istwertverlauf des Drehmoments
wird durch die Drehmomentmeßeinrichtung 44 oder durch die Prüfnabe dargestellt.
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Aufgrund des Vergleichs von Drehmoment-Sollwertverlauf und Drehmoment-Istwertverlauf
wird der Antriebsmotor 42 entsprechend der gewünschten Drehmomentpulsation geregelt.
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Die Regelungmuß so feinfühlig sein, daß auch starke Beschleunigungen
und Bremsungen wirklichkeitsgetreu reproduziert werden können.
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Die Tangentialkraftmeßeinrichtung 54 kann verschiedene Aufgaben übernehmen:
Man kann an ihr den Tangentialkraftverlauf messen und aufzeichnen, der sich in einem
Probelauf ergibt, welcher durch Vergleich eines im Straßenfahrversuch ermittelten
Sollwertprogramms des Drehmoments mit einem an der Prüfnabe gemessenen Istwertverlauf
geregelt wird, so daß man in einem späteren Dauerversuch den Drehmomentpulsator
42 durch Vergleich des gespeicherten Tangentialkraftprogramms mit dem an der Meßeinrichtung
54 ermittelten Istwertverlauf- der-Tangentialkraft regeln kann. Man kann aber auch
die Tangentialkraft an der Meßeinrichtung 54 messen, um dann -rechnerisch aus der
gemessenen Tangentialkraft und dem bei 44 gemessenen Drehmoment auf den tatsächlichen
Reifenradius im Berührungspunkt mit der Prüftrommel zu kommen.
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Der Schwenkpulsator 62 erlaubt die Erzeugung pulsierender Seitenkräfte
an dem zu prüfenden Reifen-40. Das Programm der Seitenkräfte wird auch hier im Straßenfahrversuch
durch eine Prüfnabe ermittelt. In einem Probelauf am Prüfstand wird dann unter Verwendung
der Prüfnabe der Schwenkpulsator 62 geregelt durch Vergleich des im Straßenfahrversuch
ermittelten Sollwertverlaufs der Seitenkräfte mit dem an der Prüfnabe ermittelten
Istwertverlauf der Seitenkräfte. Dabei kann gleichzeitig der Verlauf der Seitenkräfte
an der Meßeinrichtung 48 aufgezeichnet werden, so daß in einem späteren Dauerversuch
ohne Prüfnabe die Regelung des Schwenkpulsators 62 erfolgen kann, indem das unter
Verwendung der Prüfnabe an der Meßeinrichtung 48 aufgezeichnete Sollwertprogramm
der Seitenkräfte mit dem ebenfalls an der Meßeinrichtung 48 gemessenen Istwertverlauf
verglichen und danach der
Schwenkpulsator 62 geregelt wird. Die
Blattfeder 30 erlaubt es, die Axialkraft in dem Schenkel 20 durch die Meßeinrichtung
48 aufzunehmen als Maß für die Seitenkraft.
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Der Sekundärreifen 68, welcher die Prüftrommel 66 treibt, wird entsprechend
dem im Straßenfahrversuch ermittelten Geschwindigkeitsverlauf geregelt.
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Die Aufhängung des zu prüfenden Reifens 40 auf dem Schlitten 12 durch
das Dreibein 16 kann weitgehend an die Verhältnisse im Kraftfahrzeug angepaßt werden.
Dies insbesondere deshalb, weil der Schlitten 12 im Prüfbetrieb feststeht, so daß
dessen Größe bei der dynamischen Betrachtung nicht zu berücksichtigen ist.