-
Die
Erfindung betrifft generell eine Reibungstestmaschine und ein Verfahren
entsprechend der Einleitung zu den Ansprüchen 1 bzw. 20. Eine solche Maschine
ist von der DE-A-4015527-A1 bekannt, die sich auf eine allgemeine
Bremstechnologie und die Reibungsflächenbewegung als Funktion der
Zeit bezieht, wobei jedoch Laufflächenkomponenten und die Reifentraktion
dort nicht erwähnt
werden.
-
Bei
der Entwicklung neuer Materialmischungen für Reifen war es früher üblich, einen
Reifen zu fertigen und ihn dann verschiedenen Traktionstests zu
unterziehen. Die Kosten und der Zeitaufwand für die Fertigung von Testreifen
zur Optimierung der Traktionseigenschaften sind hoch. Deshalb wurden zur
Bestimmung dieser Eigenschaften der Materialmischungen nur kleine
Proben verwendet. Dadurch konnte eine große Anzahl unterschiedlicher
Laufflächenmischungen
in kleinen Chargen untersucht werden, um die Mischung mit den besten
Eigenschaften zu ermitteln. Die kleinen Proben konnten auch mit
unterschiedlichen Reibungstestoberflächen, die unterschiedliche
Straßenbeläge und Bedingungen
repräsentieren,
getestet werden, wobei die Traktionseigenschaften der Mischungen
beobachtet werden können
um festzustellen, welche Mischung unter bestimmten Bedingungen auf
einem speziellen Straßenbelag
die beste Traktion aufweist.
-
In
der EP-A-0453702 lässt
man einen massigen Testblock über
einen Reifen laufen, und eine Bewegungsvorrichtung wird direkt in
den Reifen eingeführt.
Weder die Probe, noch die Reibungsfläche kann gewechselt werden.
-
Im
US-Patent Nr. 5,113,688 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Prognostizieren der Reifentraktionseigenschaften von Laufflächenmischungen
unter Verwendung kleiner Proben offen gelegt. Die Vorrichtung veranlasst
zwischen der Probe und der Reibungsfläche die Herausbildung einer
drehenden Beziehung. Das Spitzendrehmoment zwischen der Probe und
der Reibungsfläche
wird gemessen, und für
die Probe wird eine Drehmoment-Zeit-Kurve erstellt. Eine solche
Vorrichtung erscheint jedoch als nicht so einfach beweglich, wie
es für
das Testen an unterschiedlichen Orten wünschenswert sein könnte. Darüber hinaus
ist eine solche Vorrichtung auch nicht für die Einschätzung der Leistungsfähigkeit
verschiedener Laufflächenmuster geeignet.
Es wäre
vorteilhaft, über
eine tragbare Reibungstestmaschine zu verfügen, mit der nicht nur der Reibungskoeffizient
der reinen Laufflächenelemente gemessen
werden kann, sondern auch der Reibungskoeffizient der Laufflächenblocks,
der Schultern und weiterer Komponenten der vorhandenen Reifen. Ein
weiterer wünschenswerter
Vorteil wäre eine
Vorrichtung, die einen Einblick in die Interaktion zwischen der
Reibungsfläche
und der Probe auf dieselbe Art und Weise ermöglicht, wie die vorliegende Erfindung.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reibungstestmaschine und ein
Verfahren zur Messung der Reibungseigenschaften zwischen einer Probe und
einer Reibungsfläche.
Die Maschine und das Verfahren sind besonders gut zur Messung des
Reibungskoeffizienten zwischen einem Gummimuster oder einem Laufflächenelement
und unterschiedlichen Reibungsflächen
bei verschiedenen Gleitgeschwindigkeiten, Kontaktdrücken und
Ausrichtungen geeignet. Eine bevorzugte Ausführungsform der Maschine ist
in sich geschlossen und transportabel, für ein leichtes und schnelles Ändern der
Reibungsfläche
konfiguriert und ermöglicht
die Drehung der Probe über
einer Achse, die normal für
die Reibungsfläche
und die Bewegungsrichtung des Musters relativ zur Reibungsfläche ist.
-
Im
Allgemeinen ist eine Reibungstestmaschine entsprechend der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert.
-
Vorzugsweise
gibt es eine zweite Bewegungseinrichtung für das Auslösen einer relativen Bewegung
zwischen dem Probenhalter und der Reibungsfläche in einer von der ersten
Richtung abweichenden anderen Richtung, beispielsweise durch eine
Drehung über
einer Achse, die senkrecht zur Reibungsfläche ver läuft, und/oder die Translation
in eine Richtung, die quer zur primären Bewegungsrichtung verläuft.
-
In
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Reibungstestmaschine
umfasst die Maschine eine Basis, an der die Reibungsfläche befestigt
ist, sowie einen Schlitten, der auf der Basis montiert ist und für eine Bewegung
in einer ersten Richtung, parallel zur Reibungsoberfläche, geführt wird.
Die Bewegungseinrichtung ist zwischen dem Schlitten und der Basis
angeschlossen, so dass der Schlitten in einer ersten Richtung bewegt
werden kann, und der Probenhalter ist auf dem Schlitten montiert,
so dass eine gemeinsame Bewegung mit dem Schlitten möglich ist.
Der Probenhalter ist so konfiguriert, dass er die Probe während der
Bewegung des Schlittens in einer ersten Richtung in einem Reibungseingriff
hält. Vorzugsweise
ist die Reibungsfläche
auf einem Reibungselement vorgesehen, und das Reibungselement ist
entfernbar auf der Basis gelagert, wobei das Reibungselement durch
andere Reibungselemente ausgetauscht werden kann, um entsprechend
unterschiedliche Reibungsflächen
vorzusehen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Basis
eine Ausnehmung auf, die das Reibungselement entfernbar hält, und
die Basis ist auf einem Wagen gelagert, so dass ein problemloser
Transport der Maschine von Ort zu Ort möglich ist.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Reibungstestmaschine
ist ein Wagen an der Basis fixiert, und der Probenhalter ist im Wagen
montiert, so dass eine vertikale Bewegung senkrecht zur Reibungsfläche möglich ist.
Ein Tisch ist auf der Basis zur Drehung über eine vertikale Achse montiert,
und die Reibungsfläche
verläuft
ringförmig
um einen radial äußeren Umfangsabschnitt
des Tisches, wobei die Reibungsfläche beweglich ist, während die
Probe unbeweglich bleibt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Reibungstestmaschine
ist eine Basis so ausgelegt, dass sie auf einer Oberfläche ruht,
gegen die eine Probe getestet wird, beispielsweise ein Straßenbelag.
An der Basis ist ein Schlit ten montiert, der für eine Bewegung in einer ersten
Richtung, parallel zur Reibungsoberfläche, geführt wird. Eine Bewegungseinrichtung
ist zwischen dem Schlitten und der Basis montiert, so dass der Schlitten
sich in der ersten Richtung bewegt. Am Schlitten ist ein Probenhalter
montiert, der sich mit diesem bewegt und so konfiguriert ist, dass
er während
der Bewegung des Schlittens in der ersten Richtung die Probe in
einem Reibeingriff mit der Reibungsfläche hält. Vorzugsweise ist die Basis
mit einer Öffnung
versehen, durch welche der Probenhalter verläuft, so dass die Probe gegen
die unter der Basis befindliche Reibungsfläche positioniert wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Belastungseinrichtung mit variablem Gewicht
eine Gewichtsplattform, auf der entfernbare Gewichte gestapelt und
entfernt werden können,
so dass die auf die Probe wirkende Last wahlweise verändert werden
kann. Zu bevorzugen ist darüber
hinaus, dass die Reibungsfläche
auf einem Reibungselement ausgeführt
ist, das problemlos und schnell gegen andere Reibungselemente auszutauschen
ist, so dass unterschiedliche Reibungsflächen zur Verfügung stehen.
-
Entsprechend
einem anderen Aspekt der Erfindung gibt es ein Verfahren zum Vorhersagen
der Reifentraktionseigenschaften einer Laufflächenkomponente, das folgende
Stufen umfasst:
Vorbereiten einer Probe der Laufflächenkomponente; Befestigen
der Probe an einem Probenhalter in einer Reibungstestmaschine, ferner
umfassend eine Bewegungseinrichtung zum Erzielen einer Relativbewegung
zwischen einer Reibungsfläche
und einem Probenhalter in einer ersten Richtung; Platzieren ein oder
mehrerer Gewichte auf einem Probenhalter zur Belastung des Probenhalters,
so dass eine ausgewählte
Belastung, die für
die Reibungsfläche
normal ist, auf die Probe einwirken kann; und Verwendung einer Kraftmesseinrichtung
zur Ermittlung eines Messergebnisses, das die Reibungskraft anzeigt,
die einer solchen relativen Bewegung zwischen dem Probenhalter und
der Reibungsfläche
entgegenwirkt, welche durch die Bewegungseinrichtung ausgelöst wird.
Entsprechend einer spezifischen Me thodik ist die Reibungsfläche durch
eine unterschiedliche Reibungsfläche
ersetzbar, so dass die Reifentraktionseigenschaften auch in Bezug
auf andere Straßenbeläge vorhergesagt
werden können.
-
Das
vorstehende und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
ausführlich
beschrieben und insbesondere in den Ansprüchen hervorgehoben. Die folgende
Beschreibung und die anhängenden
Zeichnungen beschreiben detailliert eine oder mehrere illustrative
Ausführungsformen
der Erfindung, die jedoch für
eine oder mehrere Möglichkeiten
der Umsetzung der Prinzipien der Erfindung repräsentativ sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische seitliche Rissdarstellung einer tragbaren Reibungstestmaschine entsprechend
der Erfindung.
-
2 ist
eine schematische Draufsicht auf die Reibungstestmaschine aus 1.
-
3 ist
die Teilschnittdarstellung entlang der Linie 3-3 aus 1,
die Details eines repräsentativen
Reibungsblocks zeigt, der in der Maschine zum Einsatz kommt.
-
4 ist
eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Reibungstestmaschine.
-
5 ist
eine schematische seitliche Rissdarstellung der tragbaren Reibungstestmaschine
aus 3.
-
6 ist
eine schematische seitliche Rissdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der tragbaren Reibungstestmaschine entsprechend der Erfindung.
-
7 ist
eine schematische Draufsicht auf die in der 6 dargestellte
Reibungstestmaschine.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Nunmehr
detailliert Bezug nehmend auf die Zeichnungen und anfänglich auf
die in den 1–3 dargestellte
Ausführungsform
der Erfindung ist eine erfindungsgemäße, tragbare Reibungstestmaschine
schematisch mit 20 bezeichnet. Die Maschine 20 umfasst
eine Basis 22 in Form einer Platte. In der in den 1–3 dargestellten
Ausführungsform
ist die Basis 22 ein Mehrfaches länger als breit und auf einem
Wagen 24 montiert, der mit Rädern, beispielsweise Rollen 25,
ausgestattet werden kann, die einen problemlosen Transport von einem
Ort zu einem anderen ermöglichen.
Wie schematisch dargestellt ist, trägt der Wagen 24 für den gemeinsamen
Transport mit den anderen Komponenten der Maschine 22 auch
Elektronikkomponenten 26, einschließlich eines Prozessors 28.
Bei dem Prozessor 28 kann es sich um einen konventionellen
Mikrocomputer handeln, der so programmiert ist, dass er die verschiedenen
Steuer- und Verarbeitungsfunktionen der Maschine ausführen kann.
Wie zu erkennen ist, kann die Maschine auch anders aufgenommen und
konfiguriert sein, vorzugsweise für eine problemlose Tragbarkeit.
Beispielsweise ist es möglich, die
Maschine alternativ auf einem Tisch aufzustellen und die Basis mit
Griffen zum bequemen Anheben der Maschine für den Transport von einem Tisch
zu einem anderen auszustatten.
-
Wie
am besten in der 3 zu erkennen ist, umfasst die
Basis 22 eine Ausnehmung 36, die das Reibungselement
in der Form eines Blocks 38 aufnimmt. Der Reibungsblock 38 umfasst
einen Halter 40 zur Aufnahme eines Reibungsmaterials 42,
dessen obere oder Reibungsfläche 44 offen
liegt. Der Halter 40 und die Ausnehmung 36 sind
von entsprechender Größe und Konfiguration,
so dass eine wesentliche horizontale Verschiebung des Halters relativ
zur Plattform vermieden wird, während
gleichzeitig ein problemloses Entfernen des Reibungsblocks von der
Basis möglich
ist, beispielsweise durch Anheben des Reibungsblocks aus der Ausnehmung
in der Basis. Dadurch wird ein problemloses und schnelles Austauschen
unterschiedlicher Reibungsblocks mit unterschiedlichen Reibungsflächen möglich, wie
es beispielsweise für
das Testen einer bestimmten Probe auf unterschiedlichen Reibungsflächen wünschenswert
sein kann. Die Reibungsflächen
können aus
unterschiedlichen Materialien und/oder Strukturen bestehen. Wie
zu erkennen ist, kann der Reibungsblock vollständig aus einem einzelnen Material bestehen,
wobei Halter und Reibungsmaterial eine integrale Einheit bilden.
Vorzugsweise ist die Reibungsfläche 44 eben
und bündig
mit der Oberfläche 46 der
Basis 22 und verläuft über annähernd die
Hälfte
der Länge
der Basis parallel zur Längsachse
der Basis 22. Wie die Basis, ist auch die Reibungsfläche um ein
Vielfaches länger
als breit.
-
Die
Reibungsfläche 44 kann
aus einer Vielzahl unterschiedlicher Oberflächenmaterialien bestehen, beispielsweise
aus Asphalt, Beton, Schnee usw., sowie unterschiedlich strukturiert
sein, beispielsweise rau, glatt, mit Riefen versehen usw. Auf Wunsch
kann die Reibungsfläche
entlang ihrer Länge
auch unterschiedliche Charakteristika aufweisen, wenn dies zum Messen
der Reibungseigenschaften der Probe beim Übergang von einer Oberfläche zu einer
anderen wünschenswert
ist. Beispielsweise könnte
die erste Hälfte
der Reibungsfläche
aus Asphalt und die zweite aus Beton bestehen. Der Reibungsblock
könnte
auch transparent sein, so dass die Probe bei ihrer Bewegung über die
Reibungsfläche
sichtbar bleibt. Beispielsweise kann der Reibungsblock aus Glas
oder Plexiglas bestehen, wobei die Reibungsfläche durch eine Strukturierung
geschaffen wird, beispielsweise durch ein Gitternetz auf der Oberseite
des Glas- oder Plexiglasuntergrunds usw. Eine Kamera, vorzugsweise
eine Highspeed-Kamera, kann unter dem Reibungsblock montiert sein,
so dass die dynamische Aktion der Probe bei ihrer Bewegung über die
Reibungsfläche
erfasst werden kann.
-
Auf
der Basis 22 ist eine vertikale Stützplatte 50 montiert,
die in der illustrierten Ausführungsform annähernd über die
Hälfte
der Länge
der Basis 22 verläuft.
An den gegenüberliegenden
Enden der vertikalen Stützplatte 22 befinden
sich eingedreht Befestigungsarme 52 und 54. Mit
den Befestigungsarmen verbunden und zwischen ihnen verlaufend befindet sich
ein Paar stangenförmiger
Führungen 56,
auf denen der Schlitten 58 montiert ist und in seiner Bewegung
entlang der Länge
der Reibungsfläche
geführt wird.
Der Schlitten ist vorzugsweise mit geeigneten Lagern ausgestattet,
die ein relativ reibungsfreies Gleiten auf den Führungsstangen ermöglichen.
-
Der
Schlitten 58 trägt
einen Probenhalter 62. Der Probenhalter 62 umfasst
eine Stütze 64,
die durch geeignete Lager im Schlitten 58 so geführt wird,
dass eine vertikale Bewegung senkrecht zur Reibungsfläche möglich ist.
Am unteren Ende der Stütze 64 ist
eine Probenbefestigung 66 montiert, an der eine Probe S
durch geeignete Elemente entfernbar angebracht werden kann. Am oberen
Ende der Stütze
ist eine Gewichtsplattform 68 montiert, auf der entfernbare
Gewichte W gestapelt und entfernt werden können, um wahlweise die auf
die Probe einwirkende Belastung zu verändern. Die Gewichte sind vorzugsweise
donut-förmig
bzw. anderenfalls mit einem Loch in der Mitte versehen, so dass
sie über
das obere Ende der Stütze
oder eines anderen, von der Gewichtsplattform 68 nach oben
reichenden Vorsprungs aufgesteckt werden können und die Gewichte W bei
einer Bewegung des Wagens halten. Es können jedoch auch andere Elemente
zum Halten der Gewichte verwendet werden, wenn sie ein problemloses
Anbringen und Abnehmen der Gewichte an der Plattform bzw. von ihr
ermöglichen.
Die Masse der auf der Plattform 68 anzubringenden Gewichte bestimmt
den Betrag der Normalkraft, von der die Probe bei der Bewegung über die
Reibungsfläche 44 an
dieser gehalten wird.
-
Die
Bewegung der Probe S über
der Reibungsfläche 44 wird
durch eine Bewegungseinrichtung 76 bewirkt. In der illustrierten
Ausführungsform umfasst
die Bewegungseinrichtung einen Motor 78, der eine Leitspindel 80 so
dreht, dass sie linear einen Antriebsschlitten 82 entlang
der Längsachse
der Basis 22 bewegt. Der Antriebsschlitten 82 ist
mit dem Probenhalter 66 oder dem Schlitten 58 durch
ein Verbindungselement 84 verbunden, so dass der Probenhalter
entlang dem Antriebsschlitten bewegt werden kann. In der illustrierten
Ausführungsform
handelt es sich bei dem Verbindungselement 84 um eine Stange,
die an ihrem einen Ende durch ein Kugelgelenk 86 mit dem
Antriebsschlitten und an ihrem anderen Ende durch ein Kugelgelenk 88 mit
dem Probenhalter 66 verbunden ist. Die Kugelgelenke 86 und 88 gleichen
leichte Fehleinstellungen zwischen dem Weg des Probenhalters/Schlittens
und dem Weg des Antriebsschlittens aus. Der Antriebsmotor 78 kann
in jeder Richtung betätigt
werden und den Probenhalter über
die Reibungsoberfläche
in entgegen gesetzten Richtungen bewegen. Darüber hinaus kann der Antriebsmotor
auch mit unterschiedlichen Drehzahlen betätigt werden, so dass ein großer Bereich
an Gleitgeschwindigkeiten zur Verfügung steht. Wenn beispielsweise
der Reibungskoeffizient der Laufflächenmischung gemessen wird,
kann der Motor mit Gleitgeschwindigkeiten betrieben werden, die
mit denen unter realen Einsatzbedingungen des Reifens vergleichbar
sind. Beispielsweise sind Übergangsgeschwindigkeiten
im Bereich zwischen null und 4,0 Inches/Sekunde (10 m/s) zu erreichen.
Wie zu erkennen ist, kann auch ein anderes Verbindungselement genutzt
werden, beispielsweise ein Draht, um den Probenhalter/Schlitten
in einer Richtung über
die Reibungsoberfläche
zu ziehen.
-
Der
Antriebsschlitten 82 ist an einer Kraftmesseinrichtung 92,
beispielsweise einer Kraftmesszelle, montiert, welche die horizontalen
Kräfte
an der Unterseite der Probe misst. Die Verbindungsstange 88 ist über das
Kugelgelenk 86 mit der Kraftmesszelle 92 verbunden.
Wenn der Antriebsschlitten den Probenhalter 66 über die
Reibungsfläche 44 bewegt, gibt
die Kraftmesszelle ein Signal aus, welches die Reibungskraft angibt,
die der Bewegung der Probe über
die Reibungsfläche
entgegenwirkt. Der Signalausgang der Kraftmesszelle ist an ein Datenerfassungssystem 94 angeschlossen.
Genauer: Der Signalausgang der Kraftmesszelle 92 ist über ein
Verbindungsglied 96 mit einem Ladungsverstärker 98 verbunden,
der wiederum an einen Prozessor 28 angeschlossen ist. Fachleute
werden erkennen, dass das Verbindungsglied ein problemloses Kalibrieren
des Systems ermöglicht.
Der Prozessor 28 verarbeitet den Ausgang des Sensors in
einen Messwert der Reibungscharakteristi ka, das heißt, des
Reibungskoeffizienten, der Probe S, die für die ausgewählte Reibungsfläche getestet
wurde.
-
Im
Fall eines Laufflächenelements
kann es beispielsweise wünschenswert
sein, den Reibungskoeffizienten in verschiedenen Richtungen zu messen.
Zu diesem Zweck kann der Probenhalter 66 über seiner
vertikalen Achse im Schlitten 58 gedreht (also in Bezug
zur Reibungsfläche
normal) und dann durch ein geeignetes Element an einem ausgewählten Drehwinkel
fixiert werden.
-
Für einige
Tests ist es wünschenswert,
die Probe mit zwei unabhängigen
Translationen in zwei orthogonalen Richtungen, einer Translation
und einer Rotation, oder mit einer Kombination aus beiden Bewegungen
zu bewegen. Die von der Probe S durch den Motor 78 erwirkte
lineare Bewegung über
die Reibungsfläche
stellt eine Translation in einer orthogonalen Richtung dar. Um eine
Translation in einer zweiten orthogonalen Richtung zu erhalten,
wird ein Querantriebsmechanismus 100 vorgesehen, der den Probenhalter
quer vor- und rückwärts relativ
zur linearen Bewegungsrichtung des Schlittens bewegt. Um eine Rotation über einer
senkrecht zur Reibungsoberfläche
verlaufenden Achse zu erhalten, dient ein Rotationsmechanismus 102 dazu,
den Probenhalter während
der Bewegung der Probe linear über
die Reibungsoberfläche
zu bewegen. Vorzugsweise sind der Querantriebsmechanismus 100 und
der Rotationsmechanismus 102 im Schlitten 58 untergebracht, wie
schematisch in der 1 dargestellt ist, und wirken
auf die Stütze 64 ein,
so dass es zu einer Quer- und Rotationsbewegung des Probenhalters 66 kommt.
Bei dem Rotationsmechanismus 102 kann es sich beispielsweise
um einen Motor sowie ein geeignetes Getriebe und/oder andere Antriebskomponenten
zum kontrollierten Drehen des Probenhalters handeln. Bei einigen
Tests kann es wünschenswert sein,
die Probe vor- und rückwärts zu drehen,
während
sie auf der Reibungsfläche
entlang bewegt wird. Auf ähnliche
Art und Weise kann es sich bei dem Querantriebsmechanismus 100 um
einen Motor und ein geeignetes Getriebe und/oder andere Antriebskomponenten
handeln, die zum Bewegen des Probenhalters quer in der Richtung
des Schlittens, entlang der Länge
der Reibungsfläche
dienen. Wenn der Probenhalter 66 während dem Test einer Rotations- oder
Querbewegung unterzogen wird, ist das Verbindungselement 84 vorzugsweise
mit dem Schlitten 58 und damit nicht direkt, sondern indirekt
mit dem Probenhalter 66 verbunden.
-
Die
Tests könne
auch unter feuchten Bedingungen durchgeführt werden. Dazu kann durch
einen Schlauch 108, der an einen Behälter 110 oder eine andere
Wasserquelle angeschlossen ist, Wasser auf die Reibungsoberfläche 44 aufgebracht
werden. In der illustrierten Ausführungsform dient eine Pumpe 112 dazu,
in der gewünschten
Menge oder bei Bedarf Wasser auf die Reibungsoberfläche 44 zu
pumpen. Vorzugsweise wird ein geeigneter Ablauf 114 (3) verwendet,
beispielsweise am unteren Rand der Vertiefung 36 in der
Basis 22, um das Wasser aus dem Testbereich zu entfernen
und auf Wunsch das Wasser zurück
in den Behälter 110 zu
führen,
wie in der 1 dargestellt. Bei Tests unter
feuchten Bedingungen wird der Reibungsblock vorzugsweise mit geeigneten
Auslassöffnungen
versehen, beispielsweise entlang der Kanten, um das Wasser zum Ablauf
zu kanalisieren, was im Gegensatz zum Prinzip des Wasserstromverlaufs über die
Oberseite der Basis steht. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Basis
alternativ oder zusätzlich
so konfiguriert werden kann, dass das auf die Reibungsoberfläche gelangende Wasser
aufgefangen wird. Auch ein Verteilungselement, beispielsweise ein
Verteiler mit mehreren Auslassöffnungen,
die entlang der Länge
der Reibungsfläche
verteilt sind, kann im Interesse einer noch gleichmäßigeren
Verteilung des Wassers über
die Reibungsfläche
verwendet werden.
-
Nunmehr
bezugnehmend auf die 4 und 5, ist mit 120 eine
weitere Ausführungsform
einer transportablen Reibungstestmaschine bezeichnet. Die Maschine 120 umfasst
eine Basis 122, die auf einem Wagen 124 aufliegt
oder die Form eines Wagens 124 hat, der mit Rädern, beispielsweise
Rollen, ausgestattet sein kann, so dass ein problemloser Transport
von einem Ort zu einem anderen möglich ist.
Wie bei der oben beschriebenen Testmaschine 20, trägt der Wagen 124,
für den
gemeinsamen Transport mit den anderen Komponenten der Maschine 122,
vorzugsweise elektronische Komponenten 126, einschließlich eines
Prozessors 128. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform
kann es sich bei dem Prozessor 128 um einen konventionellen
Mikrocomputer handeln, der in geeigneter Form programmiert ist,
um die verschiedenen Steuerungs- und Verarbeitungsfunktionen der
Maschine auszuführen.
-
An
der Basis 122 ist ein Tisch 132 montiert, der
sich über
einer vertikalen Achse dreht. Der Tisch wird von einer Bewegungseinrichtung 134 gedreht, die
beispielsweise einen Motor 136 und geeignete Steuereinrichtungen
zur Regelung der Drehzahl des Motors umfasst. Der äußere, periphere,
ringförmige Kantenteil
des Tischs ist von einer Reibungsoberfläche bedeckt, die vorzugsweise
durch ein abnehmbares ringförmiges
Reibungselement 138 gebildet wird. Das abnehmbare Reibungselement 138 hat
die Form eines ringförmigen,
scheibenähnlichen
Halters zur Aufnahme eines Reibungsmaterials mit einer freiliegenden
ringförmigen
Oberseite bzw. einer Reibungsfläche 144.
Das ringförmige
Reibungselement 138 ist konzentrisch zur Drehachse des
Drehtischs 132 angeordnet und durch geeignete Instrumente
zur Rotation damit angemessen gesichert. Das Reibungselement ist
vorzugsweise abnehmbar gesichert, so dass ein leichtes, schnelles
Austauschen der verschiedenen Reibungselemente mit unterschiedlichen
Reibungsoberflächen
möglich
ist, wie es beispielsweise beim Testen einer bestimmten Probe an
verschiedenen Reibungsoberflächen
wünschenswert
sein kann. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform können die
Oberflächen
aus unterschiedlichen Materialien und/oder Strukturen bestehen,
beispielsweise aus den oben erwähnten.
-
Auf
der Basis 122 ist ein Schlitten 158 montiert,
der sich über
der Reibungsoberfläche 144 des Drehtischs 132 befindet.
Im Schlitten 158 ist ein Probenhalter 162 montiert,
der eine Stütze 164 umfasst, die
im Schlitten 158 von geeigneten Lagern für eine vertikale
Bewegung, senkrecht zur Reibungsflä che 144, geführt wird.
Am unteren Ende des Bolzens 164 ist eine Probenbefestigung 166 montiert,
an der durch geeignete Mittel eine Probe S entfernbar montiert werden
kann. Am oberen Ende des Bolzens ist eine Gewichtsplattform 168 montiert,
auf der Gewichte W entfernbar gestapelt werden können, um die auf die Probe
einwirkende Belastung wahlweise verändern zu können, wie weiter vorn in Verbindung
mit der Testmaschine 20 beschrieben wurde. Die Masse der Gewichte
auf der Plattform 168 bestimmt den Betrag der normalen
Kraft, welche die Probe gegen die Reibungsfläche hält, wenn die Probe über die
Reibungsfläche
bewegt wird.
-
Wie
zu erkennen ist, wird die Bewegung der Probe S relativ zur Reibungsoberfläche 144 durch Drehung
des Tisches 132 bewirkt. Der Antriebsmotor 136 kann
in jeder Richtung betrieben werden, um die Reibungsoberfläche relativ
zur Probe in entgegen gesetzten Richtungen zu bewegen. Darüber hinaus kann
der Antriebsmotor auch mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben
werden, so dass sich ein großer
Bereich von Gleitgeschwindigkeiten ergibt, beispielsweise auch der
oben erwähnte.
Der Durchmesser des Drehtischs ist bevorzugterweise ausreichend groß, so dass
sich die Probe relativ zur Reibungsoberfläche im Wesentlichen linear
bewegt, was im Grunde äquivalent
zur linearen Translationsbewegung der Probe in der Testmaschine 20 ist.
-
Der
Probenhalter 166 umfasst eine Kraftmesseinrichtung 192,
beispielsweise eine Kraftmesszelle, welche die Horizontalkraft an
der Unterseite der Probe S parallel zur Bewegungsrichtung der Probe, relativ
zur Reibungsfläche 144,
misst. Wenn der Motor 136 die Reibungsfläche 144 unter
dem Probenhalter 158 bewegt, gibt die Kraftmesszelle 192 ein
Signal aus, das die im Widerstand zur Bewegung der Probe über die
Reibungsfläche
wirkende Reibkraft angibt. Der Ausgang der Kraftmesszelle ist, wie
oben beschrieben, mit einem Datenerfassungssystem verbunden.
-
Wie
oben angegeben, kann es wünschenswert
sein, den Reibungskoeffizienten in verschiedenen Richtungen zu messen.
Zu die sem Zweck kann ein Probenhalter 166 über seiner
vertikalen Achse im Schlitten 158 gedreht (normal zur Reibungsoberfläche), und
dann mit geeigneten Instrumenten in einem ausgewählten Drehwinkel fixiert werden.
-
Wiederum
ist es für
einige Tests wünschenswert,
der Probe zwei unabhängige
Translationen in zwei orthogonalen Richtungen zu verleihen, eine Translation,
eine Rotation, oder beide Bewegungsformen. Die Bewegung der rotierenden
Reibungsoberfläche 144 unter
der Probe S stellt im Wesentlichen eine Translation in eine orthogonale
Richtung dar. Um eine Translation in eine zweite orthogonale Richtung
zu erhalten, wird ein Querantriebsmechanismus 200 verwendet,
der den Probenhalter quer vor- und rückwärts bewegt, und zwar relativ
zur linearen Bewegungsrichtung des Schlittens. Um eine Rotation über einer
Achse senkrecht zur Reibungsoberfläche zu erhalten, wird ein Rotationsmechanismus 202 eingesetzt,
der den Probenhalter bei einer Bewegung der Reibungsoberfläche unter
der Probe relativ zum Schlitten hält. Vorzugsweise sind der Querantriebsmechanismus 200 und
der Rotationsmechanismus 202 im Schlitten 158 untergebracht, wie
in der 5 schematisch dargestellt ist.
-
Die 6 und 7 zeigen
eine weitere Ausführungsform
einer tragbaren Reibungstestmaschine entsprechend der Erfindung.
Die Maschine 320 entspricht im Wesentlichen der weiter
vorn beschriebenen Maschine 20, mit der Ausnahme, dass sie
wie unten erläutert
modifiziert wurde, um In-situ-Tests der Reibungsoberfläche zu ermöglichen, beispielsweise
der Oberfläche
eines Fußbodens oder
eines Straßenbelags.
Demzufolge sind die elektronischen Komponenten der Maschine 320 dieselben,
wie oben in Verbindung mit der Maschine 20 beschrieben,
obwohl der Prozessor in den 6 und 7 nicht
dargestellt ist.
-
Wie
die Maschine 20, umfasst auch die Maschine 320 eine
Basis 322 in der Form einer Platte. Die Basis 322 ist
so gestaltet, dass sie auf einer Reibungsfläche 344, gegen die
eine Probe getestet werden soll, aufliegt. Auf Wunsch kann die Basis
von einem Wagen (nicht abgebildet) getragen werden, der mit Rä dern, beispielsweise
Rollen, ausgestattet sein kann, so dass ein problemloser Transport
von einem Ort zu einem anderen möglich
ist. Der Wagen kann mit einem Mechanismus zum Absenken der Basis ausgestattet
sein, wenn Tests gewünscht
werden, und zwar bis auf eine Position, die an eine Reibungsoberfläche angrenzt,
auf welcher der Wagen aufliegt. Wie zu erkennen ist, kann der Wagen
auch anders aufliegen und konfiguriert sein, vorzugsweise im Interesse
einer leichten Transportierbarkeit. Beispielsweise kann die Maschine
alternativ mit Griffen für
ein bequemes Anheben ausgestattet sein, so dass ihr Transport von
einem Ort zu einem anderen möglich ist.
-
Die
Basis 322 umfasst eine Öffnung,
genauer, eine längliche
Durchgangsöffnung 336,
so dass für
eine Probe S in einem Probenhalter 362 der Zugang zu der
darunter liegenden Reibungsoberfläche möglich ist. Der Probenhalter 362 umfasst
einen Bolzen 364, die von geeigneten Lagern in einem Schlitten 358 geführt wird,
so dass eine vertikale Bewegung senkrecht zur Reibungsoberfläche möglich ist. Am
unteren Ende des Bolzens 364 ist ein Probenhalter 366 montiert,
an dem die Probe S durch geeignete Hilfsmittel entfernbar befestigt
werden kann. Wie aus der 6 zu erkennen ist, verläuft der
Probenhalter (einschließlich
der Probe) durch die Öffnung 336 in der
Basis, um mit der darunter liegenden Reibungsfläche in Eingriff zu gelangen.
-
Das
obere Ende des Bolzens 364 ist mit einer Gewichtsplattform 368 ausgestattet,
auf der Gewichte W entfernbar gestapelt werden können, um wahlweise die auf
die Probe wirkende Belastung verändern
zu können.
Wie im Fall der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
der Maschine, bestimmt das Gewicht auf der Plattform 368 den
Betrag der Nennkraft, welche die Probe gegen die Reibungsoberfläche hält, wenn
die Probe über
die Reibungsoberfläche
bewegt wird. In ähnlicher
Weise ist an der Basis 322 eine vertikale Stützplatte 350 montiert.
An der Stützplatte
montiert sind ein Paar Führungen 356 in
der Form von Stangen, die zwischen den Montagearmen der Stützplatte
verlaufen und auf denen ein Schlitten 358 montiert ist,
der zur Bewegung entlang der Länge
der länglichen Öffnung 336 in
der Basis geführt
wird.
-
Die
Bewegung der Probe S über
der Reibungsoberfläche 344 wird
durch eine Bewegungseinrichtung 376 bewirkt, die beispielsweise
einen Motor 378 umfasst, der eine Leitspindel 380 dreht,
so dass ein Antriebsschlitten 382 entlang der Längsachse
der Basis 322 linear bewegt wird. Der Antriebsschlitten 382 ist
mit dem Probenhalter 366 oder dem Schlitten 358 durch
ein Verbindungsglied 384 verbunden, so dass der Probenhalter
zusammen mit dem Antriebsschlitten bewegt wird. Der Antriebsmotor 378 kann
in jeder Richtung bewegt werden, um den Probenhalter in entgegen
gesetzten Richtungen über
die Reibungsoberfläche
bewegen zu können.
Darüber
hinaus kann der Antriebsmotor mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben
werden, um eine große
Vielfalt an Gleitgeschwindigkeiten zu erreichen.
-
Am
Antriebsschlitten 382 ist eine Kraftmesseinrichtung 392,
beispielsweise eine Kraftmesszelle, montiert, welche die Horizontalkraft
an der Unterseite der Probe misst. Wenn der Antriebsschlitten den
Probenhalter 366 über
die Reibungsoberfläche 344 bewegt,
gibt die Kraftmesszelle ein Signal aus, das die Reibungskraft anzeigt,
welche der Bewegung der Probe über
die Reibungsoberfläche
entgegenwirkt. Der Ausgang der Kraftmesszelle ist mit einem Datenerfassungssystem 394 verbunden,
wie weiter vorn in Verbindung mit der Maschine 20 entsprechend
der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform beschrieben.
Der Ausgang des Sensors ermöglicht eine
Messung der Reibungscharakteristika, das heißt, des Reibungskoeffizienten
der Probe S, die für die
ausgewählte
Reibungsoberfläche
getestet wird. Wie weiter vorn beschrieben, kann der Probenhalter 366 über seiner
vertikalen Achse (normal zur Reibungsoberfläche) im Schlitten 358 gedreht
und dann durch geeignete Instrumente in einem ausgewählten Drehwinkel
fixiert werden. Zusätzlich
oder alternativ hierzu kann die Probe durch zwei unabhängige Translationen
in orthogonalen Richtungen, eine Translation und eine Rotation oder
beide Be wegungen, bewegt werden. Die lineare Bewegung der Probe
S über
die Reibungsoberfläche,
bewirkt durch den Motor 378, stellt eine Translation in
eine orthogonale Richtung dar. Um eine Translation in eine zweite
orthogonale Richtung zu erhalten, ist ein Querantriebsmechanismus 400 vorhanden,
der den Probenhalter quer vor- und rückwärts relativ zur linearen Bewegungsrichtung
des Schlittens bewegt. Um eine Rotation über einer Achse zu erhalten,
die senkrecht zur Reibungsoberfläche
verläuft,
dient ein Rotationsmechanismus 402 zum Drehen des Probenhalters
während
der linearen Bewegung der Probe über
die Reibungsoberfläche.
Vorzugsweise sind der Querantriebsmechanismus 400 und der
Rotationsmechanismus 402 im Schlitten 358 untergebracht,
wie schematisch in der 6 dargestellt ist, und wirken
auf den Bolzen 364 ein, um eine Quer- und Rotationsbewegung
des Probenhalters 366 zu veranlassen.
-
Als
Beispiel können
die weiter vorn beschriebenen Testmaschinen zur Prognostizierung
der Traktionseigenschaften einer Laufflächenkomponente verwendet werden.
Zunächst
wird eine Probe der Laufflächenkomponente
vorbereitet und am Probenhalter in einer der weiter vorn beschriebenen
Reibungstestmaschinen befestigt. Dann können am Probenhalter ein oder
mehrere Gewichte angebracht werden, um den Probenhalter so zu belasten,
dass eine ausgewählte
Kraft auf die Probe, normal zur Reibungsoberfläche, wirkt. Dann wird die Testmaschine so
betrieben, dass die Probe über
die Reibungsoberfläche
gleitet, während
die Daten vom Prozessor erfasst werden, um Messungen zu erhalten,
welche die Reibungskraft anzeigen, die der von einer Bewegungseinrichtung
veranlassten relativen Bewegung der Probe zwischen dem Probenhalter
und der Reibungsoberfläche
entgegenwirken. Die Widerstandskraft kann zur Berechnung des Reibungskoeffizienten
der Probe relativ zur Reibungsoberfläche verwendet werden. Wie weiter
vorn diskutiert und für
die ersten beiden Ausführungsformen
beschrieben, ist die Reibungsoberfläche austauschbar, um die Reifentraktionseigenschaften
für unterschiedliche
Straßenbeläge prognostizieren
zu können.
In der dritten weiter vorn beschriebenen Ausführungsform kann die Testmaschine
auf verschiedenen Oberflächen positioniert
werden, beispielsweise verschiedenen Straßenbelägen. Wie zu erkennen ist, kann
die Testmaschine in situ zur Bestimmung der Reibungseigenschaften
einer Probe verwendet werden, beispielsweise eines Abschnittes einer
aktuellen Reifenlauffläche
in Bezug auf eine Reibungsoberfläche,
beispielsweise einen Straßenbelag.
-
Obwohl
die Erfindung in Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform bzw. Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass Fachleuten beim
Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und der anhängenden
Zeichnungen äquivalente
Veränderungen
oder Modifikationen einfallen werden. Hinsichtlich der verschiedenen
Funktionen, für
welche die oben mit Zahlen versehenen Elemente (Komponenten, Baugruppen,
Vorrichtungen, Zusammensetzungen usw.) stehen, wird mit den Bezeichnungen
für diese
Zahlen (einschließlich dem
Verweis auf ein „Instrument"), sofern nicht anders
angegeben, ein Verweis auf jede Zahl beabsichtigt, welche die Funktion
der beschriebenen Zahl erfüllt
(das heißt,
funktionell äquivalent
ist), selbst wenn keine strukturelle Äquivalenz zu der offen gelegten Struktur
besteht, welche die Funktion in der hierin illustrierten, exemplarischen
Ausführungsform
oder den Ausführungsformen
der Erfindung ausführt. Wenn
ein bestimmtes Merkmal der Erfindung unter Umständen nur in Bezug auf eine
von mehreren illustrierten Ausführungsformen
beschrieben wurde, kann dieses Merkmal mit einem oder mehreren anderen
Merkmalen anderer Ausführungsformen
kombiniert werden, wenn dies für
einen bestimmten Anwendungsbereich als wünschenswert oder vorteilhaft erscheint.