Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Unwucht eines Kraftfahrzeugrades
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Unwucht eines Kraftfahrzeugrades.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rad unter seinem gewöhnlichen Fahrzeuggewicht belastet, abgestützt und auf eine bestimmte Drehzahl gebracht wird und dass die Amplitude der durch die Unwucht des Rades beim Rotieren erzeugten Schwingung mittels einer Abfühlvorrichtung abgefühlt und in eine elektrische Schwingung umgewandelt wird, deren Frequenz gleich der genannten Drehzahl und deren Amplitude proportional zur erstgenannten Amplitude ist.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Abfühlvorrichtung ein Messstromkreis zugeordnet ist, der die Amplitude der elektrischen Schwingung misst.
Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Teilansicht eines Fahrzeug-Inspektionsraumes, und insbesondere desjenigen Teiles dieses Raumes, welcher den Dynamometer enthält.
Fig. 2 ist eine in vergrössertem Massstab gehaltene Querschnittsansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1 und zeigt das Kraftfahrzeugrad in der Prüfstellung.
Fig. 3 ist eine schematische Teilschnittansicht nach Linie 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Messstromkreises.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines abgeänderten Messkreises.
In Fig. 1 ist ein Inspektionsraum 10 dargestellt, in welchem die Vorrichtung zum Messen der Unwucht eines Kraftfahrzeugrades vorteilhaft angeordnet ist. Der Inspektionsraum 10 weist Wände 12, einen Boden 14, eine Eingangsöffnung 16 an einem Ende und eine Ausgangsöffnung (nicht dargestellt) an dem anderen Ende auf. Weiterhin ist in einer Grube 19 od. dgl. unter der Ebene des Bodens 14 und in Richtung gegen das Eingangsende 16 des Inspektionsraumes 10 ein Maxwell Dynamometer 18 angeordnet. Der Dynamometer 18 ist von üblicher Art und weist Paare von im Abstand voneinander befindlichen Rollen 20 auf, zwischen denen Räder 22 des zu prüfenden Fahrzeugs während der Prüfung mit dem Dynamometer abgestützt sind.
Die Rollen 20 sind in zweckentsprechender Weise an Tragstreben 23 des Dynamometergestells gelagert, und wenigstens eine der Rollen jedes Rollenpaares kann durch einen Motor 24 in Drehung versetzt werden.
Sowohl der Inspektionsraum 10 als auch der Dynamometer 18 weisen in der Praxis beträchtlich mehr Ausrüstungen und Geräte auf, als in der Zeichnung dargestellt sind. Diese Einzelheiten sind jedoch klarheitshalber fortgelassen worden.
Gemäss den Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist das Rad 22 zwischen den Rollen 20 des Dynamometers 18 angeordnet und befindet sich somit in der richtigen Stellung, in welcher die Dynamometerprüfung durchgeführt wer den kann, und in welcher die Vorrichtung zum Abfühlen der Radunwucht verwendet werden kann. Diese Vorrichtung weist eine Lichtquelle 26 auf, die an einer Seite des Rades 22 angeordnet und in zweckentsprechender Weise, z. B. an der Strebe 23, befestigt ist. Aus Gründen, die später erläutert werden, wird die Lichtquelle 26 aus einer Gleichstromquelle, beispielsweise einer Batterie 28 gespeist.
An der der Lichtquelle 26 gegenüberliegenden Seite des Rades 22 ist ein lichtempfindliches Element in Form einer Photozelle 30 angeordnet, die in zweckentsprechender Weise, beispielsweise mittels eines Lagerarmes 32 abgestützt ist, der mit der auf dieser Seite des Rades 22 liegenden Strebe verbunden ist. Die Photozelle 30 ist vorgesehen, um durch Abfühlen von von der Lichtquelle 26 in Richtung gegen den Umfang des Rades 22 wanderndem Licht ein moduliertes Signal zu erzeugen, das in seiner Grösse der Amplitude der durch Unwucht beim Drehen hervorgerufenen Radschwingung entspricht. Dementsprechend ist die Photozelle 30 in mit Bezug auf das Rad 22 radialer Richtung länglich ausge führt, wobei in dem Rahmen, in welchem die Photozelle 30 gehalten ist, ein Schlitz 34 ausgebildet ist.
Auf diese Weise ändert sich die Menge des durch den Schlitz 34 hindurchtretenden und damit durch die Photozelle 30 abgefühlten Lichtes mit der Bewegung des Radumfangs infolge von Schwingungen, die durch Unwucht des Rades 22 hervorgerufen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der den Arbeitsbereich der Photozelle 30 bestimmende Schlitz 34 und die Lichtquelle 26 in einer senkrechten Ebene angeordnet, die durch die Mitte des Rades 22 und durch die Mitte zwischen den Achsen der Rollen 20 verläuft. Die Photozelle 30 und die Lichtquelle 26 sind am untersten Teil des Rades 22 bzw. zwischen den Rollen 20 angeordnet, obwohl es für einen Fachmann ersichtlich ist, dass die Photozelle 30 und die Lichtquelle 26 auch an anderen Stellen des Umfangs des zu prüfenden Rades 22 derart angeordnet werden können.
Die Photozelle 30 ist mit einem Messstromkreis 36 verbunden, der in Fig. 3 schematisch wiedergegeben ist.
Der Messstromkreis 36 entfernt die Gleichstromkomponente des Ausgangssignals der Photozelle 30 und filtert alle Wechselstromkomponenten aus, deren Frequenz höher als 20 Schwingungen je Sekunde ist. Nach diesem Ausfiltern misst der Messstromkreis 36 die Amplitude des verbleibenden Wechselstromsignals, indem er dieses Signal in ein Gleichstromsignal überführt, es dann verstärkt und an ein Messgerät anlegt.
Im Betrieb werden die Rollen 20 von dem Dynamometermotor 24 angetrieben. Die Rollen 20 treiben ihrerseits 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 Schwingung 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 dieser Änderung ist der Amplitude der Schwingung des Rades 22 gleich. Daher erzeugt die Photozelle 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 Wechselstromsignals ist der Drehzahl je Sekunde des Rades 22 gleich. Der Messtromkreis 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 d 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 Kondensa- tor 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. Der 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 Belastungswiderstand 86 erzeugt wird. Der Belastungswiderstand 86, der zwischen die Kathode des Diodengleichrichters 80 und die geerdete Leitung 42 geschaltet ist, ist zu einem Kondensator 88 parallelg- schaltet, 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 Triolen 92 und 100 bilden zusam men 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 Differentialt verstärkers 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 je 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 je Sekunde liegt. Dieses Wechselspannungssignal wird durch den 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 angetrieben wird, ein Wechselspannungssignal, welches der Unwucht des Rades 22 proportional ist. Dieses von der Photozelle 30 erzeugte Wechselspannungssignal hat eine Frequenz, die der Drehzahl je Sekunde des Rades 22 entspricht, wenn es von den Rollen 20 angetrieben wird. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung treiben die Rollen 20 das Rad 22 mit ca. 91-96 km/Std. 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 hervorgerufene 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 Kraftfahrzeugs 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 dann von den Rollen mit vorbestimmter Geschwindigkeit angetrieben. Die obere Grenzfrequenz des Niederfrequenzfilters 13 ist so gewählt, dass sie über der Drehzahl je 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.
Das Niederfrequenzfilter 13 dient dazu, Rauschsignale und andere äussere Signale des aus dem Schwingungsfühler 11 austretenden Signals herauszufiltern, die nicht von der Radunwucht hervorgerufen sind. Es sind jedoch keine wesentlichen äusseren Signale oder Rauschsignale 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 Niederfrequenzfllter 13 und das Messgerät 15 diejenigen Komponenten des Ausgangssignals des Schwingungsfühlers 11 ab, deren Frequenz der Drehzahl je Sekunde des Fahrzeugrades entspricht, oder in anderen Worten ausgedrückt, fühlen die durch die Radunwucht hervorgerufenen Komponenten ab.
Durch die beschriebene Vorrichtung wird die zum Bestimmen der Radunwucht erforderliche Zeit vorteilhaft verkürzt, so dass wertvolle Zeit gewonnen wird.
PATENTANSPROCHE
I. Verfahren zum Messen der Unwucht eines Kraftfahrzeugrades, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad unter seinem gewöhnlichen Fahrzeuggewicht belastet, abgestützt und auf eine bestimmte Drehzahl gebracht wird und dass die Amplitude der durch die Unwucht des Rades beim Rotieren erzeugten Schwingung mittels einer Abfühlvorrichtung abgefühlt und in eine elektrische Schwingung umgewandelt wird, deren Frequenz gleich der genannten Drehzahl und deren Amplitude proportional zur erstgenannten Amplitude ist.