DE4220276A1 - Vorrichtung zur montage von halbfelgen in einer unwucht-pruefmaschine fuer reifen - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine Unwucht-Prüfmaschine für Reifen, und speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage von Halbfelgen auf rotierbare Spindeln einer Gleichförmigkeitsmaschine.

Die Funktion einer Unwucht-Prüfmaschine für Reifen ist es, bei der Produktion Reifen bezüglich Kraftveränderungen und Momenten, die auf Ungleichförmigkeiten bei der Konstruktion des Reifens hinweisen, zu vermessen. Solche Ungleichför­ migkeiten können sich zeigen als Vibration, einseitiges Ziehen der Lenkung oder Neigung zu anderen Störungen, wenn der Reifen bei einem Fahrzeug benutzt wird.

In einer Unwucht-Prüfmaschine für Reifen werden Halbfelgen auf obere und untere Spindeln montiert, wobei die untere Spindel vertikal beweglich ist, um die beiden Halbfelgen zusammenzubringen, wenn ein zu testender Reifen zwischen ihnen positioniert ist. Reifen werden zwischen die Halb­ felgen gebracht, während die Halbfelgen voneinander ent­ fernt sind. Die Halbfelgen werden anschließend zusammenge­ bracht, um ein Rad zu simulieren, welches konventionelle Reifenwulstsitze aufweist. Mit den beiden Halbfelgen zu­ sammen und dem Reifen dazwischen, wird der Reifen mit sei­ nen Wulsten auf den entsprechenden Halbfelgen sitzend auf­ gepumpt. Der aufgepumpte Reifen wird gegen ein Lastrad ro­ tiert und die angestrebten Unwuchtmessungen am Reifen wer­ den vorgenommen. Reifen, die einen nicht akzeptierbaren Grad bei einer beliebigen Anzahl der Nichtgleichförmigkeit anzeigenden Parameter aufweisen, können ausgesondert oder einer Korrekturmaßnahme zugeführt werden.

Wenn die zu untersuchende Reifengröße geändert wird, müs­ sen häufig die Halbfelgen der Maschine durch solche einer entsprechenden Größe ersetzt werden. Dies erfordert von Reifenherstellern, die eine größere Vielfalt von Reifen testen müssen, ein umfangreiches Sortiment von Halbfelgen verschiedener Größe zu beschaffen. Der Umfang der Kapital­ investition, der für die Bereitstellung eines solchen Sor­ timentes von Halbfelgen erforderlich ist, hängt natürlich von deren Produktionskosten ab.

Jede Halbfelge ist auf eine zugehörige obere oder untere Spindel montiert. Jede dieser Spindeln hat eine konische Fläche. Jede Halbfelge hat eine zentrale Führungsöffnung, definiert durch komplementär konische Flächen, die dem Spindelkonus entsprechen, um die Halbfelgen präzise auf der rotierenden Achse der Spindel zu zentrieren. Da eine Fehljustierung der Felge eine Kraftänderungskomponente in­ duziert, die fälschlicherweise dem Reifen zugeordnet wird, wirkt sich die kleinste radiale Fehljustierung der Halb­ felgen ungünstig auf die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Unwuchtmessungen aus.

Die oberen und unteren Spindeln der Unwucht-Prüfmaschine haben jeweils einen Flansch, zu dem die Halbfelge verrie­ gelt ist. Dieser Flansch weist eine seitliche Fläche auf, die der entsprechenden Halbfelge gegenüberliegt. Die Halb­ felge selber weist auch eine seitliche Fläche auf, die der seitlichen Fläche des Flansches gegenüberliegt. Die koni­ sche Fläche der Spindel und die seitliche Fläche des Flan­ sches treffen bei einer ersten kreisförmigen Schnittlinie aufeinander. Ähnlich bilden die konische Fläche der Halb­ felge und die seitliche Fläche der Halbfelge eine zweite kreisförmige Schnittlinie. Idealerweise koinzidieren diese kreisförmigen Schnittlinien, wenn jede Halbfelge auf der Spindel montiert ist, d. h. die konischen Flächen berühren sich bündig über 360° und die seitlichen Flächen berühren sich bündig über 360°. Um eine solche ideale Situation herzustellen, müßten die konischen Flächen theoretisch zu Null Toleranz hergestellt werden, was aus praktischen Gründen nicht möglich ist.

Bisher erforderte die substantiell simultane Verbindung der konischen und seitlichen Flächen die Herstellung der aufeinandertreffenden Bereiche sowohl der Spindel als auch der Halbfelgen mit sehr, sehr präzisen Toleranzen. An ei­ nem Ende des konventionellen Bereiches der zweigerichteten Toleranzen, d. h. wenn die aufeinandertreffenden Flächen der Spindel und der Führungsbohrung mit maximal zulässigen Materialbedingungen hergestellt sind, d. h. größte erlaubte Spindel kombiniert mit kleinster erlaubter Führungsboh­ rung, treffen die Teile derart aufeinander, daß ein klei­ ner Zwischenraum entsteht zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Flächen der Felge und des Flansches. Da dieser Zwischenraum nicht mehr als 0,0006 Inch beträgt, wird er vollständig aufgenommen, wenn die Halbfelge durch Verrie­ gelung mit dem Flansch auf der Spindel verbunden wird. An­ dererseits können die konischen Flächen zur minimalen Ma­ terialbedingung hergestellt werden (d. h., kleinste zuläs­ sige Spindel kombiniert mit größter zulässiger Führungs­ bohrung). Unter dieser Bedingung grenzen die seitlichen Flächen der Felge und des Flansches derart aneinander, daß ein kleiner signifikanter radialer Zwischenraum zwischen den konischen Flächen verbleibt. Dieser radiale Zwischen­ raum erlaubt nicht nur, sondern erzwingt offensichtlich eine radiale Fehljustage auf der Felge in bezug zur Spin­ del. Diese Fehljustage trägt zu einem Meßfehler durch Er­ zeugung einer Kraftveränderungskomponente, die nicht durch radiale Fehljustage und nicht durch den zu prüfenden Rei­ fen erzeugt wurde, bei. Die Reproduzierbarkeit der Messung ist auch betroffen, weil der Betrag und die Richtung der radialen Fehlanpassung auf unkontrollierbare Weise für beide Halbfelgen variiert, jeweils wenn sie von der Ma­ schine entfernt und wieder aufmontiert werden.

Folglich gibt es zwei wesentliche Nachteile bei der Her­ stellung der Felgenführung und der Spindel zu sehr, sehr kleinen Toleranzen: Bearbeitung zu solchen Toleranzen ist teuer. Schlimmer noch, es erlaubt weiterhin die Möglich­ keit radialer Fehlanpassungen, wobei sowohl die Meßgenau­ igkeit als auch die Reproduzierbarkeit herabgesetzt wer­ den.

Ein Zweck der gegenwärtigen Erfindung ist es, eine Anord­ nung aus Halbfelge und Spindel für eine Unwucht-Prüfma­ schine für Reifen zur Verfügung zu stellen, die zu weniger genauen Toleranzen als bisher erforderlich hergestellt werden kann, und dadurch die Produktionskosten zu senken.

Ein weiterer Zweck der gegenwärtigen Erfindung ist, eine Halbfelgen- und Spindelstruktur zur Verfügung zu stellen, die radiale Justage von Halbfelge und Spindel auch unter minimaler Materialbedingung, wie oben beschrieben, sicher­ stellt, und dadurch den radialen Auslauf der montierten Felge zu reduzieren.

Die Ziele der Erfindung werden erreicht durch Herstellung der Spindel und Halbfelgen unter Toleranzen, derart, daß über den gesamten kombinierten Toleranzbereich beider Teile einschließlich der minimalen und maximalen Material­ bedingungen eine kleine Öffnung besteht zwischen den ent­ gegengesetzten seitlichen Flächen der Felge und des Flan­ sches. Dies erfordert nicht nur weniger präzise Bemaßung für ökonomischeres Produzieren der aneinander angrenzenden Komponenten, sondern es gewährleistet auch, daß sich jede Halbfelge selber präzise zur Spindel zentriert, auch unter minimaler Materialbedingung, da dann keine interferierende Verbindung der seitlichen Flächen besteht, bevor die ent­ gegengesetzten konischen Flächen über volle 360° aufeinan­ dertreffen, wenn die Halbfelge erstmalig montiert wird, aber noch nicht kraftmäßig zur Spindel befestigt ist. Da­ nach werden die Bolzen oder andere Befestigungsmittel, die die Halbfelge zur Spindel befestigen, angewendet, wobei die Halbfelge leicht zum Spindelflansch verbogen wird und dadurch die seitlichen Flächen des Spindelflansches und der Halbfelge in Kontakt gebracht werden.

Die verschiedenen Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden vollständig deutlich durch folgende detaillierte Beschreibung zu den beiliegenden Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils der Unwucht- Prüfmaschine, die die Anordnung der Halbfelgen und ihrer zugehörigen Spindeln darstellt;

Fig. 2 eine fragmentarische vergrößerte Querschnittsan­ sicht der aneinander angrenzenden Bereiche der Spindel und der Halbfelge ist;

Fig. 3A und 3B diagrammatische Ansichten der von Kreis 3A eingeschlossenen Bereiche in Fig. 2 sind, die den Stand der Technik darstellen; und

Fig. 4A und 4B diagrammatische Ansichten zum tatsächlich gleichen Maßstab wie Fig. 3A und 3B sind, die die Verbesserung durch die gegenwärtige Erfindung dar­ stellen.

Der allgemeine Aufbau einer Unwucht-Prüfmaschine ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Reifen 10 wird zwischen der oberen Halbfelge 11 und der unteren Halbfelge 12 gehalten. Die obere Halbfelge 11 ist auf einer oberen Spindel 14 mon­ tiert. Die untere Halbfelge 12 ist auf einer unteren Spin­ del 15 montiert. Die Spindel 15 wird getragen von einem vertikal beweglichen Flansch 16. Eine Vielzahl von Be­ festigungselementen wie etwa Bolzen 17, kreisförmig ange­ ordnet um die Halbfelge 12, befestigen die Halbfelge gegen die Spindel. Ähnlich befestigen Bolzen 18 die obere Halb­ felge 11 gegen die obere Spindel 14. Die obere Spindel ist durch einen Riemen und eine Keilriemenscheibe 19 mit einem Motor 20 verbunden, der die Spindeln 14 und 15, die Halb­ felgen 11 und 12 und den Reifen 10 mit einer gewünschten Testgeschwindigkeit antreibt. Der rotierende Reifen 10 ist mit einem rotierbaren Lastrad 25 verbunden unter einer ge­ wünschten durchschnittlichen radialen Last. Das Lastrad 25 ist mit Meßinstrumenten versehen, um die Nichtgleichför­ migkeit anzeigenden Parameter wie etwa Kraftänderungen entlang oder Momente bezüglich verschiedener interessie­ render Achsen zu messen. Für weitere Einzelheiten betref­ fend die Konstruktion einer Unwucht-Prüfmaschine für Rei­ fen, siehe US-Patent Nr. 44 04 848, deren Offenbarung aus­ drücklich eingeschlossen ist durch Bezugnahme auf ihre Ge­ samtheit.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils der unteren Spindel 15 und unterer Halbfelge 12, die den Sitz der Halbfelge 12 auf der Spindel 15 darstellt. Die untere Spindel 15 hat eine männliche konische Fläche 30 und eine seitliche Fläche 31, beide schneiden sich auf einer ersten kreisförmigen Schnittlinie 32.

Die Halbfelge 12 hat eine weibliche konische Fläche 35, die an die männliche Fläche 30 grenzt, wie gezeigt. Die konischen Flächen bilden einen Winkel von etwa 15° mit der Rotationsachse. Die Halbfelge 12 hat eine seitliche Fläche 36, welche der seitlichen Fläche 31 der Spindel 15 gegen­ übersteht. Die weibliche konische Fläche 35 und die seit­ liche Fläche 36 schneiden sich auf einer zweiten kreisför­ migen Schnittlinie 37. Die Bolzen 17, vorzugsweise vier an der Zahl, sind mit einem Abstand von einem halben Inch ra­ dial von der kreisförmigen Schnittlinie 37 entfernt ge­ zeigt. Die seitliche Fläche 31 auf der Spindel 15 verläuft radial nach außen zum kreisförmigen Rand 38, der etwa ein­ einhalb Inch von der kreisförmigen Schnittlinie 32 ent­ fernt ist.

Fig. 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten der durch den Kreis eingeschlossenen Fläche in Fig. 2, welche jeweils die maximale und minimale Materialbedingungen zeigen, die möglich sind, wenn Halbfelge 12 und Spindel 15 entspre­ chend den dem Stand der Technik entsprechenden Toleranzen gefertigt sind. Die Verbindung der Stand-der-Technik-Spin­ del 15 und der Halbfelge 12 zieht die Bearbeitung der ko­ nischen Flächen 30 und 35 in Betracht, um einen nominalen Abstand zwischen den seitlichen Flächen 31, 36 zu gewähr­ leisten, der etwa gleich der zweidirektionalen Toleranz, spezifiziert für jede der in Kontakt stehenden Flächen 30, 35, ist. Unter der maximalen Materialbedingung war ein kleiner Abstand zwischen den seitlichen Flächen 31 und 36 vorhanden, wie in Fig. 3A gezeigt. Diese Situation stellt einen voll zufriedenstellenden Sitz der Halbfelge auf der Spindel sicher, wobei die Verbindung der konischen Flächen 30 und 35 die Halbfelge 12 auf der Rotationsachse der Spindel 15 zentriert. Falls jedoch von den Flächen über ihre nominalen Maße Material abgenommen wurde, resultiert die minimale Materialbedingung wie in Fig. 3B illustriert. In diesem Falle sind die seitlichen Flächen 31, 36 mitein­ ander verbunden, bevor die konische Fläche 35 über den vollen Umfang auf der konischen Fläche der Spindel 30 sitzt. Dies erzeugt einen kleinen, aber deutlichen Abstand zwischen den Flächen 30 und 35 zumindest über einen Teil ihrer Umfänge, eine radiale Fehljustage zwischen der unte­ ren Halbfelge 12 und der Spindel 15 verursachend.

Das gleiche Bemaßungs- und Toleranzsystem ist vorzugsweise bei der Fertigung der oberen Halbfelge 11 und oberer Spin­ del 14, die beide aufeinandertreffende konische Flächen und gegenüberliegende seitliche Flächen, wie in Fig. 1 ge­ zeigt, aufweisen, anzuwenden. Weil ein Zwischenraum zwi­ schen den konischen Flächen 30 und 35 besteht, gab es kei­ ne Gewißheit, daß die Halbfelge 12 vollständig auf der Spindel 15 zentriert ist. Also traten bei dem bisherigen Stand der Technik dieselben Probleme der radialen Fehl­ justage mit diesen Teilen auf. Weiterhin konnte die Rich­ tung der radialen Fehljustage oder ihre richtungsmäßige Lage zur Fehljustage der gegenüberliegenden Halbfelge nicht vorausgesagt werden. In dem Ausmaß, wie die Achse der Halbfelge 12 radial von der Achse der Spindel 15 ab­ wich, wurde ein Fehler in die Messung eingebracht.

Die Konstruktion der Spindel 15 und der Halbfelge 12 gemäß der Erfindung, die auch vorzugsweise auf die Halbfelge 11 und die Spindel 14 angewendet wird, ist dargestellt in Fig. 4A und 4B, die die maximalen und minimalen Material­ bedingungen in dieser Reihenfolge zeigen. Diese Figuren sind etwa in dem gleichen Maßstab wie die Fig. 3A und 3B gezeichnet, um signifikante Unterschiede in der Größe der Abstände der seitlichen Flächen sowie der Toleranzen zu illustrieren.

Gemäß der Erfindung werden die konischen Flächen 30, 35 gemäß der kombinierten Größen und Toleranzen gefertigt, um einen nominalen Abstand zwischen den seitlichen Flächen 31, 36 über den gesamten Bereich der Toleranzen sowohl für die Halbfelge als auch die Spindel zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführung ist dieser Abstand etwa 0,004 Inch und kann mit einfach erreichbaren Toleranzen von etwa ± 0,001 Inch spezifiziert werden. Falls beide Flächen 30, 35 zu der maximalen Materialbedingung bearbeitet sind, wird der seitliche Abstand etwa 0,006 Inch betragen, wie in Fig. 4A gezeigt. Falls die Bearbeitung zur minimalen Materialbedingung erfolgt ist, beträgt der Abstand zwi­ schen den seitlichen Flächen 31, 36 nur etwa 0,002 Inch. In beiden Fällen ist es sichergestellt, daß die konischen Flächen 30, 35 miteinander verbunden sind und dadurch die Halbfelge 12 zwangsweise auf der Spindel 15 zentriert ist. Aufgrund der leichten elastischen Deformierbarkeit der Halbfelge 12 wird der verbleibende seitliche Abstand zwi­ schen Flächen 31 und 36 wesentlich eliminiert, wenn die Bolzen 17 befestigt werden, um die Halbfelge 12 mit der unteren Spindel 15 kraftmäßig zu verbinden. Also gewähr­ leistet die Erfindung nicht nur die ökonomische Herstel­ lung der Halbfelgen durch Vermeidung der Notwendigkeit sehr, sehr präziser Toleranzen, angewendet auf die Füh­ rungsöffnung, sondern stellt weiterhin über den gesamten Bereich kombinierter Toleranzen, bezogen auf die Spindel und die Halbfelge, sicher, daß die Halbfelge immer in ei­ ner präzise zentrierten Lage auf der Spindel montiert ist, wodurch potentiell bedeutende Fehlerquellen und Nichtre­ produzierbarkeit der Unwuchtmessungen vermieden werden.

Die Toleranzbeziehungen der Erfindung, wie oben beschrie­ ben, beziehen sich auf gesamte kombinierte Toleranzen für jede Spindel 14, 15 und ihre entsprechende Halbfelge 11, 12. Da eine gegebene Spindel nur einmal gefertigt wird und in der Folge mit vielen Halbfelgen benutzt wird, deren jede separat gefertigt werden muß, ist es höchst ökono­ misch und daher vorzuziehen, die Spindeln mit sehr gerin­ gen Toleranzen zu produzieren, so daß der größere Teil der erlaubten kombinierten Toleranz den Halbfelgen zugewiesen werden kann.

Während die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bilden, ist es so zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die im einzelnen beschriebene Form beschränkt ist, im Lichte der vorliegenden Offenbarung werden Fachleute auf diesem Ge­ biet unverzüglich Änderungen erkennen, die gemacht werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu ver­ lassen, wie im einzelnen aufgeführt und unterscheidbar be­ ansprucht in den angeführten Ansprüchen, die alle legalen Entsprechungen einschließen.

Claims (6)

1. In einer Unwucht-Prüfmaschine für Reifen, eine Halbfel­ genhaltevorrichtung, gekennzeichnet durch:
eine Spindel, die eine konische Fläche hat und von ei­ nem radialen Flansch hervorsteht, wobei der radiale Flansch eine seitliche Fläche hat, die an die konische Fläche anstößt,
eine Halbfelge, die eine zentrale Führungsbohrung, de­ finiert durch eine weibliche konische Fläche, hat,
wobei die Führungsbohrung der Halbfelge auf der koni­ schen Fläche der Spindel mit aufeinanderliegenden männ­ lichen und weiblichen konischen Flächen positionierbar ist,
Befestigungselemente betriebsfähig verbindbar mit der Halbfelge und dem Flansch, um die Halbfelge kraft­ schlüssig mit der seitlichen Flanschfläche zu verbin­ den, wenn die Befestigungselemente befestigt sind,
wobei Maße und Toleranzen der konischen Flächen einen Kontakt zwischen seitlichen Flächen über den vollstän­ digen Bereich der auf die konischen Flächen anwendbaren kombinierten Toleranzen verhindern, wenn die konischen Flächen in Kontakt sind, bis die Befestigungselemente befestigt sind.

2. Vorrichtung zur Aufnahme von Halbfelgen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungselemente die seitliche Fläche der Halbfelge elastisch deformieren und in Kontakt mit seitlichen Flächen der Spindel brin­ gen, wenn Befestigungselemente befestigt sind.

3. Vorrichtung zur Aufnahme von Halbfelgen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierten Tole­ ranzen zwischen den einzelnen konischen Flächen zwi­ schen den seitlichen Flächen einen nominellen Abstand von 0,004 Inch und in dem Bereich von etwa 0,002 bis 0,006 Inch bewirken, bevor die Befestigungselemente be­ festigt werden.

4. Verfahren zur Herstellung einer Spindel und Halbfelge, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel eine konische Fläche und eine diese schneidende seitliche Fläche hat, und die Halbfelge eine angrenzende konische Fläche und eine diese schneidende seitliche Fläche, die der seit­ lichen Spindelfläche gegenüberliegt, hat, wobei die konischen Flächen zu solchen Maßen bearbeitet werden, daß der Zwischenraum zwischen den seitlichen Flächen nominell etwa 0,004 Inch beträgt, wenn die ko­ nische Felgenfläche auf der konischen Spindelfläche sitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Flächen bemaßt sind, um einen nominellen Abstand von 0,004 Inch zwischen den seitlichen Flächen zu gewährleisten, wenn die konischen Flächen gerade verbunden sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der konischen Flächen mit einer Tole­ ranz von ± 0,001 Inch bearbeitet sind.