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Die Erfindung betrifft einen Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer drehbar gelagerten Laufrolle, welche mit einer Brems-und/oder Antriebseinrichtung in Verbindung steht, und an ihrem im wesentlichen zylindrischen Mantel eine Lauffläche aufweist, die mit einem Reifen eines zu prüfenden Kraftfahrzeuges in Kontakt bringbar ist, sowie mit einer Messeinrichtung, welche mit zumindest einem im Kraftfluss zwischen Lauffläche der Laufrolle und Brems- und/oder Antriebseinrichtung angeordneten Sensor zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes in Verbindung steht.
Nach dem heutigen Stande der Technik werden für Anordnungen der genannten Art zumeist zwei in einem der Spurweite gängiger zu prüfender Fahrzeuge entsprechenden Abstand angeordnete Laufrollen verwendet. Seitlich daneben oder auch zwischen den beiden Laufrollen ist die Brems-und/oder Antriebseinrichtung angeordnet, welche z. B. als elektrischer Motor/Generator, als Kombination eines elektrischen Antriebsmotors mit einer mechanischen oder fluidischen Bremse, oder dergleichen, ausgebildet ist. Motor und Bremse sind zur Ermittlung des über die Reifen des zu prüfenden Kraftfahrzeuges übertragenen Antriebs- oder Bremsmomentes entweder pendelnd gelagert oder über eine Messwelle oder einen Messflansch mit zumindest einer der Laufrollen verbunden.
Die gesuchte Messgrösse ist bei den meisten auf einem derartigen Rollenprüfstand durchgeführten Prüfungen jene Kraft, die in tangentialer Richtung zwischen Reifen und Lauffläche der Laufrolle wirkt bzw. das entsprechende Drehmoment. Da die Messung der von dieser Kraft bzw. diesem Drehmoment herrührenden Ersatzgrössen (Reaktionskraft an der Pendellagerung von Motor bzw.
Bremse, Verformung einer Messwelle, oder dergleichen) mit einer Anzahl von Fehlern, die von Lagerverlusten, Elastizitäten, Reibungsverlusten und dergleichen herrühren, behaftet sind, und ausserdem die für diese Messungen verwendeten Messelemente selbst durch ihren Aufbau die Messfrequenz und die Regelgenauigkeit im dynamischen Bereich stark beeinflussen, ist beispielsweise in EP-573 302-A im Zusammenhang mit derartigen Rollenprüfständen eine aufwendige Lagerkonstruktion beschrieben, die die Lagerreibung als Einflussgrösse auf die Messung wesentlich verringern soll. Aus dem gleichen Grunde werden bei anderen Rollenprüfständen der genannten Art teilweise auch teuere hydrostatische Lager oder dergleichen eingesetzt.
Derartige Massnahmen können aber stets nur einzelne Aspekte der beschriebenen Probleme berücksichtigen bzw. nur teilweise Verbesserungen der Messungen im Hinblick auf die beschriebenen Nachteile bieten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rollenprüfstand der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden und dass insbesonders auf möglichst einfache und sichere Art eine aussagekräftige dynamische Bestimmung der zwischen Lauffläche und Reifen wirkenden Kraft bzw. des übertragenen Drehmomentes möglich wird.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch, dass im Kraftfluss nahe der Lauffläche der Laufrolle zumindest ein Verformungsbereich mit definierter Elastizität angeordnet ist, dessen Verformung unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes mittels des Sensors überwacht wird, wobei der Bereich zwischen Lauffläche der Laufrolle und dem Verformungsbereich als Konstruktion hoher Steifigkeit ausgebildet ist. Damit werden dynamische Messungen ohne Laufzeitverluste durch unerwünschte elastische Verformungen sowie ohne wesentliche Reibungsverluste und dergleichen ermöglicht und zwar ohne umständliche und aufwendige Kompensationen, beispielsweise für Lagerverluste und dergleichen.
Idealerweise wäre die dem übertragenen Drehmoment bzw. der wirkenden Kraft zwischen Lauffläche und Reifen entsprechende Grösse möglichst unmittelbar zwischen der Lauffläche und dem Reifen zu messen, was aber wegen der dort wirkenden hohen mechanischen Belastungen praktisch nicht möglich ist. Da nun gemäss der vorliegenden Erfindung der Bereich zwischen der Lauffläche der Laufrolle und dem vorgesehenen und für die Ermittlung des übertragenen Drehmomentes benutzten Verformungsbereich als Konstruktion hoher Steifigkeit ausgebildet ist, die im Kraftfluss m unmittelbarer Nähe der Lauffläche der Laufrolle liegt, können für praktische Messungen hervorragende Messresultate insbesonders auch im dynamischen Betrieb erhalten werden. Die Auswirkungen sowohl der statischen Verluste (z.
B. durch Lagerreibung) wie auch der dynamischen Verluste (z. B. durch elastische Verformungen von im Kraftfluss liegenden Rollenbereichen vor der eigentlichen Messstelle) auf das Messergebnis können so vernachlässigbar kleingehalten werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Mantel der Laufrolle an seinem Inneren mittels speichenartiger Verbindungselemente gegen die Achse der Laufrolle abgestützt ist und dass der Verformungsbereich am mantelseitigen Ende zumindest eines dieser Verbindungselemente, vorzugsweise als Querschnittseinengung, ausgebildet ist. Der hohlzylindrische Mantel der Laufrolle kann mit relativ geringer Wandstärke ausgebildet und damit als weitestgehend steif im Hinblick auf das übertragene Drehmoment angesehen werden. Der unmittelbar darunter, vorzugsweise an allen speichenartigen Verbindungselementen angeordnete Verformungsbereich ermöglicht praktisch verlustfrei dynamische Bestimmungen des übertragenen Drehmomentes über die Messung der dort auftretenden Verformungen.
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Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Mantel der Laufrolle aber auch aus zwei oder mehreren konzentrisch angeordneten Teilmäntel bestehen, die bezüglich einer Relatiwerdre- hung elastisch gegeneinander abgestützt sind und deren dem übertragenen Drehmoment proportionale Relatiwerdrehung mittels des Sensors überwacht wird. Hier kann die Messung der dem wirkenden Drehmoment proportionalen Grösse unter Umständen noch näher zur Lauffläche der Laufrolle erfolgen.
Die Teilmäntel der letztgenannten Ausgestaltung können in bevorzugter Weise mittels speichenartiger Übertragungsarme gegeneinander abgestützt sein, oder aber nach einer anderen Ausgestaltung mittels einer zumindest teilweise flächendeckend zwischen den Teilmänteln angeordneten elastischen Zwischenschichte. Beide Ausgestaltungen ergeben konstruktiv einfach aufgebaute Laufrollen mit der Möglichkeit zur weitgehend verlust- bzw. fehlerfreien Bestimmung der gesuchten Grössen auch im dynamischen Betrieb.
Der Sensor selbst kann in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung als, vorzugsweise mittels Dehnmessstreifen oder piezoelektrischer Elemente realisierter Kraftmesssensor ausgebildet und an zumindest zwei unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes gegeneinander elastisch verschiebbaren Bereichen der Laufrolle befestigt sein. Diese einfache Ausgestaltung ermöglicht bei allen vorgenannten konstruktiven Ausgestaltungen der Laufrolle einfache und sichere Messungen der der gesuchten Grösse proportionalen Kraft.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Sensor aber auch als vorzugsweise kapazitiver, induktiver oder optischer Weg- bzw. Abstandssensor ausgebildet und im Bereich von unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes gegeneinander elastisch verschiebbaren Teilen der Laufrolle befestigt sein. Damit ist die Messung bzw. Bestimmung der der eigentlich gesuchten, an der Lauffläche der Laufrolle wirkenden Kraft proportionalen Grösse überhaupt rückwirkungsfrei, was für verschiedene Anwendungen eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Messung ermöglicht.
Die elastische Zwischenschicht selbst kann nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einem auf Scherkraft und/oder Verformung unter Abgabe eines elektrischen Messsignals reagierenden Material bestehen. Es kann sich dabei um beispielsweise auf Scherkräfte unter Ausnutzung des Piezoeffektes reagierende und an den gegenüberliegenden Oberflächen entsprechende Ladungssignale bereitstellende Kunststoffschichten bzw. -folien handeln, was den Aufbau der Laufrollen bzw. des gesamten Rollenprüfstandes weiter vereinfacht.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen teilweisen Schnitt durch einen Rollenprüfstand nach dem Stande der Technik, Fig. 2 einen teilweisen Schnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 1 ; Fig. 3 und 4 zeigen schematische Darstellungen von Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung und die Fig. 5 bis 7 zeigen Detailansichten unterschiedlich ausgebildeter Laufrollen für die Verwendung in Anordnungen gemäss Fig. 3 oder 4.
Bei dem den Stand der Technik dokumentierenden Rollenprüfstand nach Fig. 1 und 2 ist zumindest eine drehbar gelagerte Laufrolle 1 mit einer Brems-und/oder Antriebseinrichtung 2 in Verbindung und weist an ihrem im wesentlichen zylindrischen Mantel 3 eine Lauffläche 4 auf, die auf hier nicht dargestellte Weise mit einem Reifen eines zu prüfenden Kraftfahrzeuges in Kontakt bringbar ist. Weiters ist eine Messeinrichtung 5 (siehe Fig. 2) vorgesehen, welche zumindest einen im Kraftfluss zwischen Lauffläche 4 der Laufrolle 1 und der Brems-und/oder Antriebseinrichtung 2 (bzw. deren Abstützung am Fundament) angeordneten Sensor 6 zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes aufweist.
Zumeist werden heutzutage zwei in einem der Spurweite gängiger zu prüfender Fahrzeuge entsprechenden Abstand angeordnete Laufrollen 1 verwendet, wobei seitlich daneben oder auch dazwischen beispielsweise ein elektrischer Motor/Generator als Brems-und/oder Antriebseinrichtung 2 angeordnet ist.
Das Gehäuse 7 der Brems-und/oder Antriebseinheit 2 ist hier zur Ermittlung des über die Reifen des zu prüfenden Kraftfahrzeuges übertragenen Momentes pendelnd gelagert und über einen Arm 8 am Sensor 6 der Messeinrichtung 5 abgestützt. Davon abgesehen sind aber auch Anordnungen bekannt, bei denen die Welle 9 zwischen Laufrolle 1 und Brems-und/oder Antriebseinrichtung 2 als Messwelle ausgebildet ist, deren Torsionsverformung über eine entsprechende Messeinrichtung ausgewertet wird.
Die gesuchte Messgrösse bei den üblicherweise auf einem derartigen Rollenprüfstand durchgeführten Prüfungen ist jene Kraft, die in tangentialer Richtung zwischen Reifen und Lauffläche 4 der Laufrolle 1 wirkt bzw. das entsprechende Moment. Da die Messung der von dieser Kraft bzw. diesem Moment herrührenden Ersatzgrössen (Reaktionskraft an der Pendellagerung von Motor bzw. Bremse, Verformung der Messwelle, oder dergleichen) mit einer Anzahl von Fehlern, die von Lagerverlusten, Elastizitäten, Reibungsverlusten und dergleichen herrühren, behaftet sind, ist man heutzutage zumeist auf aufwendige Anordnungen der eingangs bereits angesprochenen Art angewiesen, mit denen die besprochenen Einflussgrössen in ihrer Auswirkung auf die Messung verringert werden.
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Gemäss Fig. 3 bis 7 wird nun zur Vermeidung der angesprochenen Nachteile im Kraftfluss nahe der Lauffläche 4 der Laufrolle 1 zumindest ein Verformungsbereich 10 mit definierter Elastizität angeordnet, dessen Verformung unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes mittels des Sensors 6 überwacht wird, wobei der Bereich zwischen Lauffläche 1 der Laufrolle 4 und dem Verformungsbereich 10 als Konstruktion hoher Steifigkeit ausgebildet ist (siehe Fig. 5 bis 7).
Grundsätzlich sind in diesem Zusammenhang verschiedenste Konstruktionen von Rollenprüfständen möglich. Gemäss Fig. 3 ist beispielsweise vorgesehen, dass die Laufrollen 1 ebenso wie die dazwischen angeordnete Brems und/oder Antriebseinrichtung 2 mit einer festen Lagerung 11 versehen sind. Dies Ist dadurch möglich, dass wie beschrieben hier nun die eigentliche Messung unmittelbar unter der Oberfläche der Laufrolle 1 stattfindet, sodass die weiteren, eingangs angesprochenen Verluste nicht mehr in die Messung eingehen. Ebenso ist es hier nur mehr für die Regelung relevant, nicht aber für die Messung, welche dynamischen Massenkräfte durch die Konstruktion des Prüfstandes insgesamt auftreten.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist die separat gelagerte Laufrolle 1 über eine geteilte Welle 9 mit Kupplung 12 mit der Brems-und/oder Antriebseinrichtung 2 verbunden. Gemäss Fig. 4 sind die Laufrollen 1 nicht separat gelagert und stehen über (relative verstärkte) Wellen 9 mit der Brems-und/oder Antriebseinrichtung in Verbindung.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist der im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Mantel 13 der Laufrolle 1 an seinem Inneren mittels speichenartiger Verbindungselemente 14 gegen die Achse 19 der Laufrolle 1 abgestützt. Der Verformungsbereich 10 ist am mantelseitigen Ende dieser Verbindungselemente 14 als Querschnittseinengung ausgebildet, wobei der Sensor 6, ausgebildet beispielsweise als Dehnmessstreifen oder dergleichen, in diesem Bereich angeordnet ist.
Gemäss Fig. 5 und 7 besteht der Mantel 13 der Laufrolle 1 aus zwei konzentrisch angeordneten Teilmänteln 15, 16, die bezüglich einer Relativverdrehung elastisch gegeneinander abgestützt sind und deren dem übertragenen Drehmoment proportionale Relativverdrehung mittels des Sensors 6 überwacht wird. Bei der Ausführung nach Fig. 5 sind die Teilmäntel 15, 16 mittels speichenartiger Übertragungsarme 17 gegeneinander abgestützt, welche hier wiederum jeweils einen Sensor 6 tragen. Bei der Anordnung nach Fig. 7 ist dagegen vorgesehen, dass die Teilmäntel 15, 16 mittels einer flächendeckend dazwischen angeordneten elastischen Zwischenschichte 18 gegeneinander abgestützt sind. Diese Zwischenschicht 18 besteht hier selbst aus einem auf Scherkraft und/oder Verformung unter Abgabe eines elektrischen Messsignals reagierenden Material und bildet damit gleichzeitig den Sensor 6.
Abgesehen von den unmittelbar dargestellten Ausführungen für den Sensor 6 könnte dieser auch als vorzugsweise kapazitiver, induktiver oder optischer Weg- bzw. Abstandssensor ausgebildet und im Bereich von unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes gegeneinander elastische verschiebbaren Teilen der Laufrolle befestigt sein, was jegliche Rückwirkung vom Sensor bzw. dessen Anbringung auf die Messung von vornherein unterbindet Patentansprüche 1.
Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer drehbar gelagerten Laufrolle (1), welche mit einer Brems-und/oder Antriebseinrichtung (2) in Verbindung steht und an ihrem im wesentlichen zylindrischen Mantel (3) eine Lauffläche (4) aufweist, die mit einem Reifen eines zu prüfenden
Kraftfahrzeuges in Kontakt bringbar ist, sowie mit einer Messeinrichtung, welche mit zumindest einem im
Kraftfluss zwischen Lauffläche (4) der Laufrolle (1) und Brems-und/oder Antriebseinrichtung (2) angeord- neten Sensor (6) zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss nahe der Lauffläche (4) der Laufrolle (1) zumindest ein Verformungs- bereich (10) mit definierter Elastizität angeordnet ist, dessen Verformung unter Einwirkung des übertragenen Drehmomentes mittels des Sensors (6)
überwacht wird, wobei der Bereich zwischen
Lauffläche (4) der Laufrolle (1) und dem Verformungsbereich (10) als Konstruktion hoher Steifigkeit ausgebildet ist.