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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der geometrischen
Daten eines auf einer Drehachse drehbar montierten Kraftfahrzeugrades gemäß des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß des Oberbegriffs
des Anspruchs 11.
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[Stand der Technik]
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind bereits aus
EP 1174698 A2 bekannt.
In dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird das
Kraftfahrzeugrad, das drehbar auf der Hauptwelle einer Radauswuchtmaschine
befestigt ist, in einem berührungslosen
Verfahren abgetastet, z.B. mittels eines Laserstrahls. Der reflektierte
Strahl wird von einem positionsempfindlichen Empfänger empfangen
und der Abstand der abgetasteten Messpunkte wird gemessen. Die Abstände zwischen
einer Vielzahl von Messpunkten werden genutzt, um das Profil des
Kraftfahrzeugrades hinsichtlich einer Optimierung des Auswuchtvorganges
zu bestimmen.
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Wird
das Kraftfahrzeugrad an eine drehbare Radhalterung, z.B. die Hauptwelle
einer Radauswuchtmaschine, oder an die drehbare Radbefestigung eines
Kraftfahrzeugrades oder an einer anderen Radbefestigung befestigt,
besteht die Gefahr, dass die geometrische Achse des Rades nicht
mit der Drehachse zusammenfällt,
um die sich das Rad dreht, z.B. während einer Unwuchtmessung
oder während
das Motorfahrzeug fährt.
Die geometrische Radachse kann exzentrisch im Hinblick auf die Drehachse
sein und/oder kann einen schiefen Winkel relativ zu der Drehachse
einschließen.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Es
ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der
Art bereitzustellen, wie sie im Eröffnungsteil dieser Patentbeschreibung
vorgestellt worden ist, womit die Position des Kraftfahrzeugrades
auf eine einfache Art und Weise bestimmt werden kann.
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Gemäß der Erfindung
hinsichtlich des Verfahrens wird dieses Ziel durch die charakterisierenden
Merkmale des Anspruchs 1 erreicht, und im Hinblick auf die Vorrichtung
wird das Ziel durch die charakterisierenden Merkmale des Anspruchs
11 erreicht.
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Abstände einer Vielzahl von Messpunkten
von einem Bezugsort aus gemessen werden. Solche Messpunkte sind auf
wenigstens zwei Peripherien angeordnet, die in zwei Ebenen rechtwinklig
zu der Drehachse liegen, um die das Kraftfahrzeugrad gedreht wird.
Die Drehwinkelpositionen bzw. Stellungen der Rotationswinkel der
jeweiligen Messpunkte werden auch gemessen oder bestimmt. Die Position
des Kraftfahrzeugrades im Hinblick auf die Drehachse wird aus den Messwerten
hinsichtlich der jeweiligen Abstände
der Messpunkte und hinsichtlich der zugehörigen Drehwinkelpositionen
bestimmt. Der Vorgang der Positionsbestimmung des Kraftfahrzeugrades
ermöglicht es,
insbesondere die Exzentrizität
und/oder den Winkel der Schrägstellung
der geometrischen Radachse im Hinblick auf die Drehachse zu bestimmen,
um die das Kraftfahrzeugrad dreht.
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Zusätzlich kann
ein radialer Schlag oder eine Unrundheit des Rades insbesondere
aus den Messwerten für
Messwertpunkte ermittelt werden, die auf einer Fläche liegen,
die im wesentlichen parallel zur Radachse ist. Eine Information
zur Bestimmung des seitlichen Schlags oder der Unrundheit des Rades kann
aus den Messwerten für
Messpunkte erhalten werden, die sich auf Flächen des Rades befinden, die schräg oder senkrecht
im Hinblick auf die Radachse angeordnet sind.
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Die
auf diesem Wege erhaltenen geometrischen Daten können insbesondere in einem
Unwuchtmessverfahren verwendet werden, um die Korrekturwerte für die Auswucht-Parameter
(Auswuchtgewicht und Winkelstellung) zu bestimmen. Zusätzlich zu
den Messwerten können
in einer Radpositionsmessung im Hinblick auf Kraftfahrzeugräder verwendet
werden, wenn diese an dem Fahrzeug montiert sind.
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Die
Unwuchtmessdaten eines Messdurchlaufs und die Unrundheitdaten insbesondere
der Felge des Kraftfahrzeugrades, die in einem ersten Lagebezug
des Reifens und der Felge des Fahrzeugrades erhalten wurden, können durch
eine Rechnung analysiert werden, um ein Anbringen des Reifens auf
der Felge in einer zweiten Stellung abzustimmen, in der die Auswirkungen
der Unrundheit und der Radunwucht minimiert werden. Durch Drehung
(Abstimmen) des Reifens auf der Feige von der ersten Drehstellung
zu einer zweiten Drehstellung kann ein Lagebezug eingestellt werden,
wobei die durch die Unwucht erzeugten Kräfte den Wirkungen der Unrundheit
der Felge entgegenwirken, um die Vibrationen zu minimieren. Die
Optimierung des gleichmässigen Laufs
des Fahrzeugrades kann durch Ausrichten der erhabenen Stelle der
Unrundheit mit der tiefen Stelle des Reifens durchgeführt werden
(
EP 0247350 ).
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Es
ist auch möglich,
die Abstände
der Messpunkte auf dem Reifen des Kraftfahrzeugrades relativ zu
einem Bezugsort bei unterschiedlichen Reifendrücken zu messen. Die Unterschiede
bei den Abstandsmesswerten bezüglich
der jeweiligen Messpunkte ermöglichen,
eine Information über
unterschiedliche Grade der Reifensteifigkeit des Luftreifens an
dem Kraftfahrzeugrad zu erhalten. Die Messpunkte können auf
unterschiedlichen Umfangslinien um die Drehachse an den Seitenwänden oder
der Lauffläche
des Luftreifens liegen. Eine Optimierung des gleichmässigen Radlaufs
kann durch Ausrichten der tiefen Stelle der Unrundheit der Felge
mit der härtesten
Stelle der Steifheit des Reifens erreicht werden.
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Eine
Triangolationsmesseinrichtung, die aus
EP 1174698 A2 bekannt ist,
kann vorzugsweise zum Abtasten und Abstandmessen verwendet werden. Die
Triangolationsmesseinrichtung ermöglicht nicht nur, das Profil
des Scheibenrades und insbesondere der Radfelge zu bestimmen, wie
es für
eine Optimierung des Auswuchtvorganges Verwendung findet, jedoch
ist es ebenso möglich,
eine Stellung des drehbar gehaltenen Kraftfahrzeugrades, insbesondere die
Stellung seiner geometrischen Radachse im Hinblick auf die Drehachse
zu bestimmen. Insbesondere im Hinblick auf eine Messung der Unwucht
des Kraftfahrzeugrades werden genaue Auswuchtparameter erzielt,
wobei im Hinblick auf diese eine exzentrische Montage des Kraftfahrzeugrades
an der Hauptwelle der Radauswuchtmaschine ebenso kompensiert wird.
Es ist ebenso möglich,
eine geometrische Verformung des Rades, wie z.B. ein seitlicher
oder radialer Schlag oder Unrundheit zu bestimmen. Zusätzlich ist
es möglich,
Unregelmäßigkeiten
eines Luftreifens, insbesondere Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der
Reifensteifheit, wie oben erklärt,
zu bestimmen. Das schafft folglich eine umfassende Diagnose der Qualität des Kraftfahrzeugrades.
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[Beispiele]
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Die
Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren genauer beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel,
und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel.
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In
den dargestellten Ausführungsbeispielen ist
ein Kraftfahrzeugrad 2 an einer Hauptwelle 15 befestigt,
die um eine Drehachse 1 an der Rahmenkonstruktion einer
Radauswuchtmaschine (nicht gezeigt) in bekannter Weise drehbar um
eine Drehachse 1 gehalten ist, wie dies z.B. in WO 00/14503
dargestellt ist. Bei einem Auswuchtmessvorgang wird das Kraftfahrzeugrad 2 um
die Drehachse 1 gedreht und aus einer Radunwucht resultierende
Kräfte
werden mittels Kraftmesssensoren 14 gemessen und in einer Unwuchtauswertungseinrichtung 17 ausgewertet. Bei
dem Auswertungsverfahren werden Unwuchtparameter hinsichtlich Auswuchtmasse
und Drehwinkelstellung berechnet. Die Auswuchtmassen werden dann
in der Form von Auswuchtgewichten an dem Rad auf bekannte Art und
Weise bei den berechneten Drehwinkelpositionen befestigt, um die
Radunwucht zu kompensieren.
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Wenn
das Kraftfahrzeugrad 2 an der Hauptwelle 15 mittels
herkömmlicher
Einspanneinrichtungen befestigt ist, geschieht es häufig, dass
die geometrische Achse 8 des Rades nicht genau mit der Drehachse 1 zusammenfällt. Das
ruft Unwuchtmessergebnisse hervor, die in Relation zur tatsächlichen Unwucht
des Rades verfälscht
sind.
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In
den dargestellten Ausführungsbeispielen kann
die genaue Positionierung des Kraftfahrzeugrades 2 im Hinblick
auf die Drehachse 1 und somit die Positionierung der geometrischen
Achse 8 des Rades im Hinblick auf die Drehachse 1 bestimmt
werden. In den Figuren ist zum Zweck der Erklärung die geometrische Achse
des Rades verstärkt
exzentrisch und mit einem Neigungswinkel relativ zu der Drehachse 1 der
Hauptwelle 15 angeordnet.
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Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
umfassen die Verwendung einer Abtasteinrichtung 3, mit der
ein Abtastlichtstrahl 21, z.B. ein Laserstrahl, auf eine
Vielzahl von Messpunkten gerichtet wird, die auf der Oberfläche des
Rades sind. Eine Abstandsmesseinrichtung 4 empfängt einen
entsprechend reflektierten Strahl 22 und erzeugt ein Messsignal
proportional zu dem Abstand des Messpunktes von einem Bezugsort 5.
Die Abtasteinrichtung 3 und die Abstandsmesseinrichtung 4 können kombiniert
werden, um eine Abstandsmesseinheit 10 bzw. 11, 12 zu
bilden, und können
an der Maschinenrahmenkonstruktion schwenkbar um eine gemeinsame
Schwenkachse befestigt werden, die zusammen mit einem Schwenkwinkelsensor 13 den
Bezugsort 5 bildet. Es ist jedoch ebenso möglich, einen
anderen Bezugsort 5 auszuwählen, der im Hinblick auf die
Maschine fixiert ist.
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Vorzugsweise
besteht die Abstandsmesseinheit
10 aus einer Triangelmesseinrichtung,
wie sie aus
EP 1174698
A2 bekannt ist. Die bekannte Triangelmesseinrichtung hat
eine Abtasteinrichtung
3, die aus einer Lichtquelle und
einem CCD-Sensor als die Abstandsmesseinrichtung
4 besteht.
Der Strahl
22, der von einem abgetasteten Messpunkt reflektiert wird,
wird mittels einer optischen Empfangseinrichtung
18 auf
eine gegebene Position an den CCD-Sensor der Abstandsmesseinrichtung
4 fokussiert.
Der CCD-Sensor kann getrennt voneinander eine Vielzahl von örtlichen
Maxima einer Funktion der Helligkeitsintensität erfassen. Die Richtung des Strahls
22,
die von dem Messpunkt reflektiert wird, hängt von dem Abstand des Messpunktes
in Bezug auf die Abtasteinrichtung
3 ab. Der reflektierte
Strahl geht deshalb mittels der optischen Empfangseinrichtung
18 an
eine vorgegebene Position auf den CCD-Sensor, der ein daraus resultierendes
abstandsabhängiges
Messsignal erzeugt.
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In
den dargestellten Ausführungsbeispielen wird
die Position des Kraftfahrzeugrades 2 im Hinblick auf die
Drehachse 1 durch ein Verfahren bestimmt, das ein Abtasten
einer Vielzahl von Messpunkten umfaßt, die auf wenigstens 2 Peripherien
um die Drehachse 1 liegen. Diese Peripherien liegen in Ebenen 19, 20 rechtwinklig
zu der Drehachse 1 auf einem Teil des Rades, vorzugsweise
der Radfelge 9. Um das Positionsmessverfahren durchzuführen, werden
die Abstände
von zwei Messpunkten, die in zwei Ebenen 19 und 20 auf
wenigstens zwei solcher Peripherien liegen, in Bezug auf den Bezugsort 5 auf der
Maschine bestimmt.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abtastlichtstrahl 21 auf
die Messpunkte in der Eben 19 gerichtet. Das Kraftfahrzeugrad 2, das
an der Hauptwelle 15 eingespannt ist, wird so gedreht,
dass auf dem Umfang des abgetasteten Teiles des Rades eine Zahl
von Messpunkten vorgesehen wird, die z.B. der Anzahl von Lichtimpulsen,
insbesondere Laserimpulsen, entspricht. Die jeweils reflektierten
Lichtstrahlen 22 werden durch eine Abstandsmesseinrichtung 4 empfangen
und, wie bereits erklärt,
in entsprechende Abstandsmesssignale umgewandelt.
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Nach
dem Messvorgang der Abstände
von Messpunkten, die in der Ebene 19 sind, wird der Abtastlichtstrahl 21 auf
den Umfang des Teils des Rades (es handelt sich um die Radfelge 9)
in der Ebene 20 gerichtet. Die Abstände der Messpunkte, die auf dem
Umfang des Teils des Rades liegen, werden ebenso in der Ebene gemessen,
wie oben diskutiert, während
das Rad sich dreht.
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Die
Ebenen 19 und 20, die rechtwinklig zu der Drehachse 1 sind,
können
so gelegt werden, dass die Messpunkte auf einem korrespondierenden inneren
Umfang der Radfelge 9 liegen. Die wenigstens zwei Ebenen 19 und 20 können so
gelegt werden, dass sie die Oberflächenabschnitte der Radfelge 9 schneiden,
die sich im wesentlichen parallel zu der Drehachse 1 erstrecken.
Dieses ist z.B. bei der Ebene 20 der Fall. Zusätzlich kann
die jeweilige Ebene so gelegt werden, dass sie einen Teil der Felge, die
sich schräg
oder im wesentlichen rechtwinklig im Hinblick auf die Drehachse 1 erstreckt,
schneidet, wie dies bei der Ebene 19 der Fall ist.
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Da
die gemeinsame Schwenkachse an dem Bezugsort 5, um die
die Abtasteinrichtung 3 und die Abstandsmesseinrichtung 4 schwenkbar
sind, fest an der Rahmenkonstruktion der Maschine vorgesehen ist
und die genaue Positionierung der Abtasteinrichtung 3 und
der Abstandsmesseinrichtung 4 an der Rahmenkonstruktion
der Maschine und somit im Hinblick auf die Drehachse 1 mittels
des Schwenkwinkelsensors 13 bestimmt wird, schafft dies
genaue Abstandsmessungen im Hinblick auf die Messpunkte in den zwei
Ebenen 19 und 20 im Hinblick auf die Achse 1 des
Rades. Wie bereits oben diskutiert, ist es also auch möglich, einen
anderen Bezugsort anzunehmen, der fest an der Rahmenkonstruktion
der Maschine vorgesehen ist.
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Die
jeweilige Rotationswinkellage bzw. Drehwinkelposition wird für die jeweiligen
Messpunkte ebenso mittels eines Rotations- bzw. Drehwinkelsensors 6 bestimmt.
Der Drehwinkelsensor 6 wie auch die Abstandsmesseinrichtung 4 und
der Schwenkwinkelsensor 13 sind mit einer elektronischen
Auswertungseinrichtung 7 verbunden. Die Abtasteinrichtung 3,
die den Abtastlichtstrahl 21 in gepulstem Modus emittiert,
ist ebenso mit der elektronischen Auswertungseinrichtung 7 verbunden,
um die jeweilige Drehwinkelposition des abzutastenden Messpunktes zu
bestimmen.
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Die
Auswertungseinrichtung 7 umfaßt einen Computer, der, ausgehend
von den Abstandmesswerten im Hinblick auf die jeweiligen Messpunkte
und den damit zugeordneten Drehwinkelmesswerten des Drehwinkelsensors 6 die
Position der Messpunkte berechnet, die sich auf der Innenfläche der
Radfelge befinden, in den zwei Ebenen 19 und 20 im
Hinblick auf die Drehachse 1. Die Stellung des Kraftfahrzeugrades 2 im
Hinblick auf die Drehachse 1 kann direkt davon abgeleitet
werden. Diese Positionsinformation kann eine exzentrische und/oder
schräge
Position der geometrischen Achse des Rades im Hinblick auf die Drehachse 1 umfassen,
die eine Verfälschung
der Messwerte im Hinblick auf die Radunwucht verursacht, wie diese
durch die Kraftmesssensoren 14 bestimmt werden.
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Die
Abweichungen der Position der geometrischen Achse 8 des
Rades von der Drehachse 1, in anderen Worten die genaue
Positionierung des Kraftfahrzeugrades 2 im Hinblick auf
die Drehachse 1 kann als Korrekturwerte einer fehlerkompensierenden
Einrichtung 16 zugeführt
werden. Die fehlerkompensierende Einrichtung 16 sorgt für eine angemessene
Korrektur der Auswuchtparameter (Auswuchtmasse und Winkelposition),
die in der Unwuchtauswertungseinrichtung 17 berechnet worden
sind.
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Im
Falle des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
wird eine Abstandsmessoperation in dem Bereich der inneren Umfangsfläche des
innenseitigen Teiles der Radfelge ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, die
Abstandsmessoperation an den aussenseitig sich befindenden Teil
der Felge mittels einer Abstandsmesseinheit 11 durchzuführen, die denselben
Aufbau wie die Abstandsmesseinheit 10 (s. 2)
aufweist. Es ist also möglich,
eine Auswertung der Abstandswerte vorzusehen, die durch die zwei
Abstandsmesseinheiten 10 und 11 bestimmt werden.
Zu diesem Zweck ist die Abstandsmesseinheit 11 auch mit
der elektronischen Auswertungseinrichtung 7 verbunden.
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Es
ist auch möglich,
die Abstandsmesseinheit 11 zu verwenden, die Abstandsmessverfahren an
dem aussenseitig sich befindenden Teil der Radfelge durchführt, um
Operationen zur Bestimmung der Radpositionen auszuführen, die
an dem Kraftfahrzeug montiert sind, so wie dies bereits oben in Bezug
auf 1 beschrieben wurde. In diesem Fall wird die Drehachse 1 durch
die jeweilige drehbare Radbefestigung an dem Kraftfahrzeug bestimmt.
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Die
Abstandsmesseinheit
10 oder
11 oder auch beide
Abstandsmesseinheiten
10 und
11 können verwendet
werden, um die Radprofile zu bestimmen, insbesondere die Profile
der Radfelge
9 an der Innen- und/oder Aussenseite des Rades,
wie dies aus
EP 1174698
A2 bekannt ist. Es ist davon abhängig, dass es möglich ist,
Optimalpositionen für
Auswuchtgewichte an der Radfelge
9 zu bestimmen.
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Es
ist auch möglich,
die Abstandsmesseinheiten 10 und 11 zu verwenden,
um den Luftreifen 23 des Kraftfahrzeugrads im Hinblick
auf die geometrischen Unregelmäßigkeiten
sowie seitliche Schläge oder
Unrundheiten oder radiale Schläge
oder Unrundheiten zu abtasten. Zu diesem Zweck ist es auch möglich, eine
zusätzliche
Abstandsmesseinheit 12 vorzusehen, die auf die Lauffläche des
Luftreifens 23 gerichtet werden kann. Zu diesem Zweck kann
die Abstandsmesseinheit 12 parallel zu der Drehachse versetzt
werden und kann möglicherweise
schwenkbar um eine Schwenkachse montiert werden.
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Wird
der Luftreifen 23 abgetastet, insbesondere wenn das Rad
sich unter verschiedenen Füllgraden
des Luftreifens dreht, ist es möglich,
Unregelmäßigkeiten
in dem Reifen zu erfassen, insbesondere im Hinblick auf die Unterschiede
hinsichtlich Reifensteifheit mittels der Abstandsmessungen im Hinblick auf
die Messpunkte auf verschiedenen Peripherien an den Seitenwänden des
Luftreifens 23 und/oder an der Lauffläche des Luftreifens.
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Die
Erfindung schafft somit eine eingehende Diagnose der Qualität des Kraftfahrzeugrades
und auch des Kraftfahrzeugreifens durch berührungsloses Abtasten.
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- 1
- Drehachse
- 2
- Kraftfahrzeugrad
- 3
- Abtasteinrichtung
- 4
- Abstandsmesseinrichtung
- 5
- Bezugsort
- 6
- Rotationswinkelsensor
- 7
- Auswerteinrichtung
für die
Radposition
- 8
- geometrische
Achse
- 9
- Radfelge
- 10
- Abstandsmesseinheit
- 11
- Abstandsmesseinheit
- 12
- Abstandsmesseinheit
- 13
- Schwenkwinkelsensor
- 14
- Kraftmesssensor
- 15
- Hauptwelle
einer Auswuchtmaschine
- 16
- fehlerkompensierende
Einrichtung
- 17
- Unwuchtauswerteinrichtung
- 18
- optische
Empfangseinrichtung
- 19
- Ebene
- 20
- Ebene
- 21
- Abtastlichtstrahl
- 22
- reflektierter
Lichtstrahl
- 23
- Luftreifen