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Einrichtung und Verfahren zur Feststellung der Unwucht eines bereiften, an einem Kraftfahrzeug montierten Rades
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Feststellung der Unwucht eines bereiften, an einem Kraftfahrzeug montierten Rades, welches zwischen den Rollen eines bekannten Dynamometers angeordnet und mit dem auf das Rad kommenden Anteil des Fahrzeuggewichtes abgestützt sowie durch das Dynamometer mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit angetrieben ist.
Einrichtungen zur Prüfung der Unwucht der Kraftfahrzeugräder werden meist als Teil einer Anlage verwendet, in welcher Kraftfahrzeuge ganz allgemein auf Fehler, schlechtes Arbeiten u. a. korrektur- bedürftige Zustände'hin vollständig geprüft werden. Bei einer solchen Anlage spielt die Zeit eine we- sentliche Rolle, und jedes Merkmal, durch welches bei dem Prüfverfahren Zeit, wenn auch nur einige
Sekunden, gewonnen wird, ist für eine solche Anlage von wirtschaftlicher Bedeutung.
Einrichtungen zur Prüfung der Unwucht eines Kraftfahrzeugrades, bei denen das Rad zwischen den Rollen eines Dynamometers gedreht und zur Feststellung der Unwucht während der Drehung eine Ab- fühlvorrichtung vorgesehen ist, sind in verschiedenen Ausführungen bekanntgeworden. Vorgeschlagen wurden z. B. auch Auswuchtvorrichtungen, bei denen der von einer Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl an der Seitenfläche des in Drehung versetzten Rades vorbeigeht und auf eine Photozelle projiziert wird.
Bei andern bekannten Ausführungen wird der von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl gegen den Umfang des sich drehenden Radkörpers gerichtet, wobei zum Messen der Rückstrahlung ein eigener Anzeiger vorgesehen ist.
Diese bekannten Prüfeinrichtungen konnten weder hinsichtlich ihrer Verlässlichkeit noch was die für die Prüfung erforderliche Zeit betrifft restlos befriedigen.
Ziel der Erfindung ist eine Prüfeinrichtung der eingangs angeführten Art, mittels der die Unwucht eines Rades noch schneller und wirksamer abgefühlt und gemessen werden kann, als dies mit den bekannten Einrichtungen bisher möglich war und bei welcher die Anzeige der Radunwucht entweder gleichzeitig mit der mit dem Dynamometer einer Fahrzeug-Prüfanlage durchgeführten allgemeinen Prüfung oder vor bzw. nach Durchführung dieser Prüfungen erfolgt, ohne dass eine Bewegung des Fahrzeuges in dem Prüfstand erforderlich ist. Die Einrichtung soll auch zum Abfühlen und Messen der Unwucht der Kraftfahrzeugräder aller Grössen geeignet sein.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass die Einrichtung einen mit einer Abstützung oder Aufhängung eines Kraftfahrzeugrades verbundenen Schwingungsfühler zur Messung der Unwucht des Rades und einen Messstromkreis zur Aufnahme einer dieser entsprechenden Bewegung oder Vibration aufweist, welcher der Anzeige der Grösse des Schwingungsanteiles des Ausgangssignals dient, welches dem durch die Unwucht des Rades hervorgerufenen Schwingungsausschlag proportional ist.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist der Schwingungsfühler in einer zur Radebene senkrechten Ebene angeordnet, wobei er in axialer Richtung des Rades eine auf dessen eine Umfangsseite gerichtete Lichtquelle und eine auf der Gegenseite des Radumfanges angebrachte empfindliche Photozelle für die von der Lichtquelle ausgehenden und den Umfangsrand des Reifens passierenden Lichtstrahlen aufweist.
Gemäss andern Erfindungsmerkmalen ist die Photozelle in radialer Richtung des Rades länglich aus-
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dass ein zufriedenstellendes Arbeiten der erfindungsgemässen Einrichtung ermöglicht wird.
Die Photozelle 30 ist mit einem Messstromkreis 36 verbunden, der In Fig. 3 schematisch wie- dergegeben ist. Der Messstromkreis 36 entfernt die Gleichstromkomponente des Ausgangssignals der
Photozelle 30 und filtert alle Wechselstromkomponenten aus, deren Frequenz höher als 20 Schwin- gungen pro Sekunde ist. Nach diesem Ausfiltern misst der Messstromkreis 36 die Amplitude des ver- bleibenden Wechselstromsignals, indem er dieses Signal in ein Gleichstromsignal überführt, es dann verstärkt und an ein Messgerät anlegt.
Im Betrieb werden die Rollen 20 vom Motor 24 angetrieben. Die Rollen 20 treiben ihrer- seits das Fahrzeugrad 22 an. Das Rad 22 schwingt dann mit einer seiner Unwucht proportionalen
Amplitude, und, wenn es schwingt, wird ein Teil des von der Lichtquelle 26 zu der Photozelle 30 wandernden Lichtes abgeschnitten, und die Menge des abgeschnittenen Lichtes nimmt mit der Schwin- gung des Rades 22 zu und ab. Somit ändert sich die Menge des durch den Schlitz 34 hindurch auf die Photozelle 30 auftreffenden Lichtes mit der Schwingung des Rades 22, und die Amplitude die- ser Änderung ist der Amplitude der Schwingung des Rades 22 gleich. Daher erzeugt die Photozel- le 30 ein Wechselstromausgangssignal, dessen Amplitude der Amplitude der Schwingung des Rades 22 und damit der Grösse der Unwucht des Rades 22 proportional ist.
Die Frequenz dieses Wechselstrom- signals ist der Drehzahl pro Sekunde des Rades 22 gleich. Der Messstromkreis 36 ist dazu bestimmt, die Amplitude dieses von der Photozelle 30 erzeugten Wechselstromsignals und damit die Grösse der
Unwucht des Rades 22 zu messen und anzuzeigen.
Dem Messstromkreis 36 wird, wie in Fig. 4 dargestellt, Energie in Form einer Gleichspannung zugeführt, die an eine Leitung 40 und an eine geerdete Leitung 42 angelegt ist.
Die positive Seite der Gleichspannung ist an die Leitung 40 angelegt. Ein Spannungsteiler, der zwischen den Leitungen 40 und 42 in Reihe geschaltete Widerstände 44 und 46 aufweist, ist vorgesehen, und die Anode der Photozelle 30 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 44 und 46 verbunden. Die Kathode der Photozelle 30 ist über einen Belastungswiderstand 48 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Dadurch wird ein Teil der zwischen den Leitungen 40 und 42 vorhandenen Gleichspannung an die Photozelle 30 angelegt, und die Stromänderungen in der Photozelle 30, die durch Änderungen des auftreffenden Lichtes hervorgerufen werden, bewirken eine entsprechende Änderung der an dem Belastungswiderstand 48 liegenden Spannung.
Diese Signalspannung wird über einen Kondensator 50 an das Gitter einer Triode 52 angelegt, wobei dieses Gitter über einen Widerstand 54 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden ist. Der Kondensator 50 entfernt die Gleichspannungskomponente der an dem Belastungswiderstand 48 erzeugten Signalspannung und legt an das Gitter der Triode 52 nur die Wechselspannung an, die durch Änderungen des auf die Photozelle 30 auftreffenden Lichtes hervorgerufen ist. Die Anode der Triode 52 ist über einen Belastungswiderstand 56 mit der Leitung 40 und ihre Kathode ist über einen Widerstand 58 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden.
Die Triode 52 verstärkt die an ihr Gitter angelegte Signalspannung und legt die verstärkte Spannung über einen Kondensator 60 an einen Niederfrequenzfilter 62 an. Ein Widerstand 64 ist mit der Verbindungsstelle des Kondensators 60 mit dem Filter 62 und mit der Verbindungsstelle des Filters 62 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Der Filter 62 filtert alle Komponenten der von der Anode der Triode 52 angelegten Signalspannung aus, deren Frequenz höher als 20 Schwingungen je Sekunde ist und legt das verbleibende Spannungssignal an den Widerstand eines Potentiometers 66 an. Die Verbindungsstelle zwischen dem Filter 62 und dem Potentiometer 66 ist über einen Widerstand 68 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Der bewegbare Kontakt des Potentiometers 66 ist über einen Kondensator 70 mit dem Gitter einer Triode 72 verbunden.
Das Potentiometer 66 dämpft das aus dem Filter 62 austretende Spannungssignal wahlweise veränderbar und legt es an das Gitter der Triode 72 an. Das Gitter der Triode 72 ist über einen Widerstand 74 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Die Kathode der Triode 72 ist über einen Widerstand 76 mit der geerdeten Leitung 42 und ihre Anode ist über einen Belastungswiderstand 77 mit der Leitung 40 verbunden. Die Triode 72 verstärkt die an dem bewegbaren Kontakt des Potentiometers 66 erzeugte gedämpfte Ausgangsspannung und legt diese über einen Kondensator 78 an die Anode eines Diodengleichrichters 80 und an die Kathode eines Diodengleichrichters 82 an, dessen Anode mit der geerdeten Leitung 42 verbunden ist.
Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 78 und den Diodengleichrichtern 80 und 82 ist über einen Belastungswiderstand 84 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Die Diodengleichrichter 80 und 82 formen die an sie von der Anode der Triode 72 angelegte Wechselspannung in eine Gleichspannung um, die an einem Belastungs-
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widerstand 86 erzeugt wird. Der Belastungswiderstand 86, der zwischen die Kathode des Dioden- gleichrichters 80 und die geerdete Leitung 42 geschaltet ist, ist zu einem Kondensator 88 par- allelgeschaltet, welcher die Wellungen der gleichgerichteten Spannung glättet. Die an dem Widerstand 86 und dem Kondensator 88 erzeugte Gleichspannung wird über einen Widerstand 90 an das Gitter einer Triode 92 angelegt.
Die Anode der Triode 92 ist über einen Belastungswiderstand 94 an eine Seite eines Potentiometers 96 geschaltet, dessen andere Seite über einen Belastungswiderstand 98 mit der Anode einer Triode 100 verbunden ist. Der bewegbare Kontakt des Potentiometers 96 ist direkt mit der Leitung 40 verbunden. Die Kathoden der Trioden 92 und 100 sind über Widerstände 102 bzw. 104 mit einem Knotenpunkt 106 verbunden, der über einen Widerstand 108 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden ist. Das Gitter der Triode 100 ist über einen Widerstand 109 mit der geerdeten Leitung 42 verbunden. Die Trioden 92 und 100 bilden zusammen mit den Widerständen 94, 98,102, 104,108 und 109 und dem Potentiometer 96 einen Differentialverstärker, welcher die an dem Widerstand 86 und dem Kondensator 88 erzeugte Gleichspannung verstärkt.
Die verstärkte Ausgangs-Gleichspannung des Differentialverstärkers wird zwischen den Anoden der Trioden 92 und 100 erzeugt. Zwischen die Anoden der Trioden 92 und 100 ist ein Messgerät 110 geschaltet, um eine Anzeige dieser Ausgangsspannung zu erhalten.
Somit wird das von der Photozelle 30 erzeugte Spannungssignal, nachdem seine Gleichspannungskomponente durch den Kondensator 50 herausgenommen ist, durch die Triode 52 verstärkt und dann durch den Filter 62 geleitet, um alle Komponenten, deren Frequenz höher als 20 Schwingungen pro Sekunde ist, herauszufiltern. Das aus dem Filter austretende Signal ist dann ein Wechselspannungssignal, welches denjenigen Wechselspannungskomponenten des in der Photozelle 30 erzeugten Signals proportional ist, deren Frequenz unter 20 Schwingungen pro Sekunde liegt. Dieses Wechselspannungssignal wird durch das Potentiometer 66 wahlweise veränderbar gedämpft und dann durch die Triode 72 wieder verstärkt.
Nachdem es von der Triode 72 verstärkt worden ist, wird das Wechselspannungssignal durch die Diodengleichrichter 80 und 82 in ein Gleichspannungssignal umgeformt und dann an den Parallelkreis des Widerstandes 86 und des Kondensators 88 angelegt.
Das an dem Widerstand 86 und dem Kondensator 88 erzeugte Gleichspannungssignal ist dann denjenigen Komponenten des in der Photozelle 30 erzeugten Wechselspannungssignals proportional, deren Frequenz unter 20 Schwingungen je Sekunde liegt. Das an dem Widerstand 86 und dem Kondensator 88 erzeugte Gleichspannungssignal wird durch den Differentialverstärker verstärkt, welcher die Trioden 92 und 100 enthält, und es wird dann an dem Messgerät 110 angezeigt. Somit liefert das Messgerät 110 eine Anzeige der Amplitude derjenigen Wechselspannungskomponente des in der Photozelle 30 erzeugten Signals, deren Frequenz unter 20 Schwingungen je Sekunde liegt.
Wie oben ausgeführt, erzeugt die Photozelle 30, wenn das Rad 22 von den Rollen 20 an-
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Sekunde des Rades 22 entspricht, wenn es von den Rollen 20 angetrieben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treiben die Rollen 20 das Rad 22 mit zirka 91-96 km/h an.
Wenn das Rad 22 von den Rollen 20 mit dieser Geschwindigkeit angetrieben wird, führt es weniger als 20 Umdrehungen je Sekunde aus. Dies trifft für Fahrzeugräder aller Grössen zu. Die Photozelle 30 erzeugt ausser dem Wechselspannungssignal, welches eine Frequenz hat, die der Drehzahl je Sekunde des Rades 22 entspricht, eine beträchtliche Menge von Signalen, deren Frequenz höher liegt.
Jedoch werden von der Photozelle 30 im wesentlichen keine nicht durch die Unwucht des Rades 22 hervorgerufenen Wechselspannungssignale erzeugt, deren Frequenz unter 20 Schwingungen je Sekunde liegt. Somit ist das in dem Filter 62 erzeugte Ausgangssignal der Grösse der Unwucht des Rades 22 direkt proportional, und das Messgerät zeigt die Unwucht des Rades 22 direkt an.
Die in Fig. 5 wiedergegebene abgeänderte Ausführungsform kann dazu verwendet werden, die Unwucht eines Fahrzeugrades durch einen Schwingungsfühler zu messen, der an der Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Das Fahrzeugrad wird dabei auf zwei Rollen angeordnet, ohne dass es von dem Fahrzeug entfernt wird. Der Schwingungsfühler wird dann an der Radaufhängung befestigt, und vorzugsweise an deren unterem Lenkerarm. Dieser Schwingungsfühler ist in Fig. 5 mit 11 bezeichnet.
Wie in dieser Figur dargestellt, wird der Ausgang des Schwingungsfühlers 11 einem Niederfrequenzfilter 13 zugeführt, der alle Komponenten des Ausgangssignals des Schwingungsfühlers 11 ausfiltert, deren Frequenz über seiner oberen Grenzfrequenz liegt. Die verbleibenden Komponenten des aus dem Niederfrequenzfilter 13 austretenden Signals werden einem Messgerät 15 zugeführt, welches die Amplitude des aus dem Niederfrequenzfilter 13 austretenden Signals misst. Das Fahrzeugrad wird
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dann von den Rollen mit vorbestimmter Geschwindigkeit angetrieben. Die obere Grenzfrequenz des Niederfrequenzfilters 13 ist so gewählt, dass sie über der Drehzahl pro Sekunde liegt, mit welcher das Fahrzeugrad angetrieben wird.
Wenn das Fahrzeugrad auf diese Weise gedreht wird, erzeugt der an der Radaufhängung befestigte Schwingungsfühler 11 ein Signal, welches der Grösse der Unwucht des Fahrzeugrades proportional ist und eine Frequenz hat, die der Drehzahl je Sekunde des Fahrzeugrades gleich ist. Der Niederfrequenzfilter 13 dient dazu. Geräuschsignale u. a. äussere Signale des aus dem aus dem Schwingungsfühler 11 austretenden Signals herauszufiltern. die nicht von der Radunwucht hervorgerufen sind. Es sind jedoch keine wesentlichen äusseren Signale oder Geräusche vorhanden, deren Frequenz unter der Drehzahl je Sekunde des Fahrzeugrades liegt.
Dementsprechend hat das aus dem Niederfrequenzfilter 13 austretende Signal eine der Unwucht des Fahrzeugrades proportionale Amplitude, und das Messgerät 15, welches die Amplitude des aus dem Niederfrequenzfilter 13 austretenden Signals wiedergibt, liefert eine Anzeige der Radunwucht. Auf diese Weise fühlen der Niederfrequenzfilter 13 und das Messgerät 15 diejenigen Komponenten des Ausgangssignals des Schwingungsfühlers 11 ab, deren Frequenz der Drehzahl je Sekunde des Fahrzeugrades entspricht, oder in andern Worten ausgedrückt, fühlen die durch die Radunwucht hervorgerufenen Komponenten ab.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Feststellung der Unwucht eines bereiften, an einem Kraftfahrzeug montierten Rades, welches zwischen den Rollen eines bekannten Dynamometers angeordnet und mit dem auf das Rad kommenden Anteil des Fahrzeuggewichtes abgestützt, sowie durch das Dynamometer mit einer vor-
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einer Abstützung oder Aufhängung eines Kraftfahrzeugrades verbundenenSchwingungsfühler zur Messung der Unwucht des Rades (22) und einem Messstromkreis zur Aufnahme einer dieser entsprechenden Bewegung oder Vibration aufweist, welcher der Anzeige der Grösse des Schwingungsanteiles des Ausgangssignals dient, welches dem durch die Unwucht des Rades (22) hervorgerufenen Schwingungsausschlag proportional ist.