-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Eigenschaften eines Reifens unter Verwendung eines im Maßstab verkleinerten Musters.
-
2. Beschreibung des Stands der Technik
-
Es besteht ein dauerndes Bedürfnis seitens Reifenunternehmen, die Leistung der Reifen von Personenwagen und Lastwagen zu erhöhen. Die betreffenden Reifenmerkmale umfassen Geräusch, Handhabung, Abnutzung, Rollwiderstand und Fahrkomfort. Durch Fokussierung auf die Reduzierung des von Reifen abgegebenen Geräuschs wird in Europa das Straßengeräusch als wichtigster Beitrag zur Umweltbelastung hervorgehoben. Die europäische Gesetzgebung zur Reduzierung von Reifengeräuschen (67% Geräuschreduzierung bei den meisten Reifen) trat im Oktober 2012 in Kraft, und viele Pkw-Reifen entsprechen bereits diesem Kriterium. Es gibt eine weitere Frist für 2016, die auf die lautesten Reifen (zum Grossteil SUV-Reifen) abzielt und eine Geräuschreduzierung um 3 db erfordert. Daher sind Reifenhersteller darauf bedacht, Lösungen und Materialien für geräuscharme Reifen zu entwickeln, um der Geräuschgesetzgebung zu entsprechen.
-
Das Geräusch, das von einem Reifen abgegeben wird, ist komplex, da es mehrere physische Mechanismen gibt, die zu den unerwünschten Geräuschen beitragen. Exemplarische Geräuschquellen umfassen Wechselwirkungen zwischen Reifen und Aufhängung, die Profilblöcke, die auf die Fahrbahn auftreffen (schlagen), die Resonanz des Hohlraums des Reifeninneren, und die strukturelle Dynamik des Reifens, die zu einem Geräusch führt. Der Frequenzbereich der Reifenggeräusche ist sehr breit, da es Reifengeräusche mit niedriger, mit mittlerer und mit hoher Frequenz gibt. Im Allgemeinen sind die Geräusche über 500 Hz Luftgeräusche, unter 500 Hz sind die Geräusch eine Kombination aus Struktur- und Luftgeräuschen. Die Kombination der verschiedenen Geräuschquellen und zahlreichen Frequenzbereichen macht die Geräuschreduzierung zu einer komplexen Aufgabe. Es ist einfach, Geräusch zu messen; es ist sehr schwierig, genau zu bestimmen, welcher physische Mechanismus dafür verantwortlich ist. Daher ist der Vorschlag einer Abhilfe in Form einer Änderung des Materials oder des Designs schwierig.
-
Ein Reifen weist zahlreiche Komponenten auf, so dass der Entwurf eines Reifens eine Übung in Kompromissen ist. Änderungen, die für ein Leistungsmerkmal des Reifens vorteilhaft sind, haben gewöhnlich Auswirkungen auf alle Leistungsmerkmale, somit kann ein Vorteil in einem Bereich zu einem Nachteil in einem anderen Bereich werden. Ein bemerkenswertes Beispiel ist, dass die Reifengeräusche leicht durch die Anwendung von weichen, stark gedämpften Materialien reduziert werden können; jedoch machen diese Materialien die lange Lebensdauer der Lauffläche und die geringen Rollwiderstandsleistung zunichte. Dies erhöht die Schwierigkeit, Reifengeräusche zu verringern. Dennoch ist es vorteilhaft, Reifenkomponenten und verschiedene Materialien als neue Lösungen zur Verringerung der Geräusche zu bewerten, und es ist ein Verfahren erforderlich, um festzustellen, welche Reifenkomponente zu Geräuschen führt.
-
Gegenwärtig verwenden Reifeningenieure zwei primäre Verfahren, um Reifengeräusche zu bewerten und zu testen: mit Laminaten, die eine Reifenkomponente darstellen, oder mit Reifen in voller Größe. Der Test von Reifen in voller Größe ist typischerweise erfolgreich bei der Quantifizierung von Geräuschen, aber beim Test von flachen Laminaten ist dies nicht der Fall. Jedoch ist die Konstruktion von Reifen für den Test kostspielig, und außerdem zeigt der Test von Reifen in voller Größe nicht nur den Beitrag eines spezifischen physischen Mechanismus zur Steuerung der Schallleistungspegel an.
-
Flache Laminate werden zuerst durch Schneiden auf ihre Größe unterteilt, aber dieses notwendige Schneiden führt dazu, dass alle Laminatcorde geschnitten werden. Um brauchbare Geräuschdaten zu erhalten, müssen die flachen Laminate vorgeladen werden, so dass die Corde bis zum gleichen Grad vorgespannt werden, der sich aus einem internen Reifenluftdruck ergeben würde. Wenn dies nicht der Fall ist, verhält sich das ungeladene flache Laminat wie eine ”tote” Gummiplatte, nicht wie die elastische, vorgespannte und verstärkte Gummizusammensetzung, die in einem Reifen vorhanden wäre. Leider hat, wenn die unterteilten Laminate durch Greifen der Enden in einer Testvorrichtung angebracht werden, jedes Cord eine sehr geringfügig verschiedene Länge. Das Greifen lädt jedes Cord erfolgreich auf, aber es kommt zu unbeabsichtigten und unvermeidlichen Variationen bei der angewendeten Spannung in jedem Cord, die sich aus den geringfügigen Änderungen in der Länge jedes Cords ergeben. Das die Schwingungseigenfrequenz jedes Cords von der Spannung jedes Cords abhängt (genauso wie die Note einer Gitarrensaite von der angewendeten Spannung abhängt), variiert die Frequenz jedes Cords geringfügig, und die Schwingungsfrequenz des Laminats variiert auf dem gesamten Laminat, genauso wie die Vorspannung auf dem gesamten Laminat variiert. Dies beeinträchtigt die sich ergebenden Geräusch- oder Schwingungsdaten ernsthaft. Da es unmöglich ist, jedes Cord im Laminat mit der gleichen Spannung zu laden, verhalten sich die Laminatcorde nicht auf die gleiche Weise, sondern sie verhalten sich stattdessen in etwa wie ein Gitarre, bei der jedes Saite eine verschieden Note aufweist. Dies erzeugt eine variable anstatt eine gleichförmige Frequenzantwort, die beim realen Reifen nicht vorhanden ist. Diese Geräuschmessungen sind oft irreführend, da sie eine nicht korrekte Geräuschantwort aufweisen, indem sie die Geräusche über mehrere Frequenzen streuen.
-
Dieses Problem tritt beim Testen von Reifeneigenschaften an Reifen voller Größe nicht auf. Es finden Vorrichtungen Verwendung, in welche ein Reifen eingesetzt wird, um dessen Schwingungsverhalten zum Beispiel in Abhängigkeit einer eingestellten Vorlast aufzuzeichnen (
DE 21 56 369 A ). So lassen sich zum Beispiel die Geräuscheigenschaften, vor Allem in Bezug auf die Frequenz der ersten Schwingungsmode des Hohlraums eines Reifens, gezielt verbessern, indem an auf Felgen montierten und unter Last stehenden Reifen Modeanalysen durchgeführt werden (
DE 600 22 792 T2 ).
-
Wie bereits erwähnt haben diese Verfahren jedoch Nachteile, da zum einen nicht der Beitrag einzelner Komponenten des Reifens prüfbar ist und zum anderen zunächst ein kostspieliger Komplettreifen produziert werden muss. Dies gilt ebenso für Tests an Teilen des vollständigen Reifens, welche nicht auf oben genannten flachen, gepannten Laminaten basieren. Hierzu wird beispielsweise ein Teil der Lauffläche eines Reifens ausgeschnitten und auf eine Laufrolle aufgetragen. In Kontakt mit einer geeigneten beweglichen Oberfläche lassen sich dann die Verschleißeigenschaften eines Reifens auf der Straße simulieren (
US 2013/0 036 790 A1 ).
-
Schließlich können Reifeneigenschaften in gewissem Maße auch mit Hilfe rein computerbasierter Methoden vorhergesagt werden. Es werden Reifen mit Form- und Struktureigenschaften und auch Straßeneigenschaften modelliert. Das Ergebnis der Rechnung liefert eine Abschätzung der realen Reifeneigenschaften. Verwendung findet ein evolutionäres Verfahren. Ist ein neues Modell dem Vorangegangenen überlegen, wird es weitermodelliert, andernfalls wird es verworfen. Man erhält jedoch eher eine Abschätzung der tatsächlichen Reifeneigenschaften als einen wirklichen Test dieser (
US 6 430 993 B1 ).
-
Die beschriebenen Nachteile der derzeitigen Verfahren begründen somit die Notwendigkeit eines neuen Weges, um die Geräusche in einem Reifen zu testen. Das ideale Verfahren würde zu genauen Geräuschergebnissen führen, und außerdem würde es angeben, welche Reifenkomponente und welcher physische Mechanismus für die unerwünschten Geräusche verantwortlich sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt einen Testzylinder.
-
2A zeigt zylindrische Endstecker.
-
2B zeigt einen Zylinder, der zwischen zwei zylindrischen Endsteckern angeordnet ist.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es wurden ein Testgerät und -verfahren entwickelt, die ein zylindrisches Laminat verwenden (im Folgenden als Testzylinder oder Zylinder bezeichnet), das ähnliche Ladebedingungen wie ein realer Reifen mit voller Größe bereitstellt. Die Erfindung ist ein Test auf einem im Maßstab verkleinerten Zylinder aus verstärkter Gummizusammensetzung, um abgegebene Geräusche festzustellen. Sie verwendet allgemeine verstärkte Lagen aus Gummizusammensetzung und/oder die tatsächlichen Behandlungen, die typischerweise verwendet werden, um den Reifen herzustellen.
-
Der Zylinder kann im Wesentlichen wie folgt hergestellt werden:
-
Vorbereitung der Lagenzusammensetzung
-
- 1 – Jede Gewebeschicht (d. h. Karkasse, Gürtel oder Beschichtung) wird als eine Lagenkomponente auf einer Drehmaschine vorgefertigt. Die Lagenkomponente wird durch das Legen von organischen/anorganischen imprägnierten Fasercorden oder Metallcorden auf parallele Weise auf eine Gummiplatte hergestellt. Eine weitere Gummiplattenschicht wird dann auf die obere Seite der Corde angebracht, um ein Sandwich mit Corden in der Mitte von zwei äußeren Gummischichten zu bilden. Der Zylinder wird dann von der Drehbank durch Schneiden entfernt, um eine rechtwinklige Gewebeplatte herzustellen. Diese Platten werden dann auf die erforderliche Größe geschnitten, um für die Zylinderkonstruktion bereit zu stehen.
-
Herstellung des Zylinders
-
- 1. Eine Innere Auskleidungsgummischicht wird auf die Werkbank gelegt.
- 2 – Die Karkassenschicht wird auf der oberen Seite der inneren Auskleidung angebracht.
- 3 – Zwei anorganische Faserkordwülste, hergestellt aus einem anorganischen Fasercord, werden ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) von der Kante über der Karkassenschicht angebracht. Das verbleibende Gummilaminat außerhalb des Wulsts wird dann nach oben gedreht, um die Wülste abzudecken, genauso wie bei einer realen Reifenherstellung.
- 4 –Die Gürtel werden mit einem Anstellwinkel auf die obere Seite der Karkassenschicht angebracht. Der Anstellwinkel kann im Bereich von 10° bis 90° liegen. Die Breite der Gürtelschicht ist kleiner als der Zylinder, um die Breite des Kronenbereichs korrekt darzustellen. Die Gürtel könnten entweder aus Metallcorden oder anorganischen Corden hergestellt sein.
- 5 – Die Beschichtung, die aus organischen oder anorganischen Fasern, Metallcorden oder verstärktem Gummi hergestellt sein kann, wird als Nächstes angebracht. Diese Schicht wird als eine ganze Platte angebracht oder könnte auf 2,54 cm (1 Inch) breiten Streifen gelegt werden, um verschiedene Beschichtungen wie z. B. eine mit Spalten versehene, eine geteilte oder eine Beschichtung mit alternierenden Lücken herzustellen.
- 6 – Eine Laufflächenzusammensetzung wird auf die obere Seite der Beschichtung aufgebracht.
- 7 – Verschiedene Deckschichten aus Gummi werden zwischen jeder Schicht angebracht.
-
Der Zylinder-Geräuschtest ist eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Geräuschtest mit flachen Gummilaminaten, da die Kombination einer mechanischen Testvorrichtung mit Luftdruck die Vorspannung der Corde ausgleicht und als Ergebnis eine genaue Erfassung von Geräuschdaten ermöglicht. Es gibt kaum eine Variation der Eigenfrequenz auf dem gesamten Zylinder, und die Geräuschvorhersage ist zuverlässig. Dies kann bei einem flachen Laminat nicht ereicht werden. Der Zylinder-Geräuschtest ist eine besonders bedeutende Verbesserung gegenüber dem Test von Reifen (zumindest im Stadium des Entwurfs). Dies ist deshalb der Fall, da Zylinder konstruiert werden können, um eine spezifische Komponente oder einen spezifischen Geräusch-erzeugenden Mechanismus hervorzuheben, während dies bei einem Reifen nicht möglich ist, da ein Reifen alle Komponenten aufweist. Der Zylinder ermöglicht somit, dass neue Reifenkomponenten im Stadium des Prototyps bewertet werden.
-
Das betreffende Testverfahren kann ausgewählte Leistungsparameter für Materialien und/oder Strukturen für Reifen überprüfen und erfolgt vor der Konstruktion von teuren Prototypreifen. Der Test mit Zylindern ist ein früher Weg, um vorherzusagen, welche Reifen für Tests mit vollen Größen hergestellt werden sollen, und somit die Anzahl von Reifen mit voller Größe zu verringern, die getestet werden müssen.
-
Somit umfasst das Verfahren zwei wichtige Schritte, die Experimente und Simulation verbinden. Zuerst einen Vibrationstest, genannt Modalanalysetest, um die Oberflächenbewegungen des Zylinders zu verstehen, und der zweite Test erfolgt, um die Oberflächenbewegungen in Geräusch umzuwandeln. Insbesondere wird der Modalanalysetest auf dem im Maßstab verkleinerten unter Druck gesetzten Zylinder durchgeführt, der genau zur tatsächlichen Konstruktion der Reifenkrone passt. Der Schalldruckpegel wird unter Verwendung der Modaltestdaten durch die Modellsoftware Virtual.LabTM geschätzt, die von LMS, 5755 New King Street, Troy, MI 48098 erhältlich ist. Die Software sagt Geräusche voraus, indem die individuellen Geräuschbeiträge von jedem Element der Zylinderoberfläche integriert werden. Dieses Simulationsverfahren bietet den zusätzlichen Vorteil gegenüber dem Test von realen Reifen mit voller Größe. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, da das zweiteilige Verfahren von der Erfassung der Vibrationsdaten der Modalanalyse, gefolgt von einer Vibrationsdaten-Geräusch-Simulation abhängt, so dass der Analytiker auswählen kann, welche Vibrationsoberflächen er untersuchen möchte. Der Analytiker könnte die Bewegungen auswählen, die die Reifenkrone darstellen. Der Analytiker könnte die Bewegungen auswählen, die die Reifenkarkasse darstellen. Der Analytiker könnte die Bewegungen auswählen, die die Krone und die Karkasse in Kombination darstellen. Auf diese Weise simuliert die Software Virtual LabTM die Geräusche, die aus jedem alternativen Zylinderabschnitt stammen, und es kann bestimmt werden, wodurch das Geräusch zuerst hervorgerufen wurde. Zum Beispiel kann der Beitrag der Reifenkrone zu den Geräuschen getrennt von anderen Geräuschquellen bewertet werden, die in einem Straßentest eines tatsächlichen Reifens vorhanden wären, indem die Kronenbewegungen im Zylinder-Geräuschtest isoliert werden.
-
Die Gültigkeit der Testtechnik wurde unter Verwendung von Zylindern untersucht, die mit drei verschiedenen Deckschichtmaterialien hergestellt wurden, Nylon, Para-Aramid/Nylon-gemischte Corde und gespalten Deckschichten. Nylon ist ein gewöhnliches Deckschichtmaterial. Nylondeckschichten verwenden eine gummierte Schicht aus Nylon-Corden, die umfänglich über die Stahlgürtel und unter die Lauffläche gewickelt ist. Es ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsleistung des Reifens, indem es die Trennung der Stahlgürtel verhindert, die ihrerseits zu einer Trennung der Laufflache führt. Deckschichen aus Para-Aramid/Nylon-gemischte Corde verstärken die Beständigkeit von Reifen und erzeugen auch weniger Geräusche als Deckschichten aus Nylon. Die gespaltene Deckschicht ist eine spezielle Deckschichtkonstruktion, um die Geräusche von Reifen zu reduzieren. Anstatt die gesamte Lauffläche zu bedecken, bedeckt sie nur die Gürtelkanten auf beiden Seiten der Lauffläche. Es ist in der Reifenindustrie allgemein bekannt, dass die gespaltene Deckschicht die Geräusche von Reifen deutlich reduziert. Die Geräusche, die von den Testzylindern vorhergesagt wurden, zeigten eine gute Korrelation mit allgemein bekannten Schallleistungspegeln derjenigen Deckschichten in Reifen mit voller Größe.
-
Wie oben angemerkt gibt es viele Einschränkungen und Hindernisse bei der Konstruktion und dem Test von Reifen mit voller Größe. Der Test der Erfindung liefert eine Messung der Geräusche, die sich aus den individuellen Reifenkomponenten ergeben, und profitiert von der Reproduktion der anfänglichen Innendrucklast und der Vorspannung des Lagencords, wodurch er dem gleichkommt, was in einem aufgepumpten Reifen mit voller Größe vor sich geht. Somit ist der Test brauchbar, um den Beitrag des Materials und des Entwurfs zu den Reifengeräuschen von alternativen Gummikomponenten, Verstärkungen, Komponenten- und Verarbeitungsparametern festzustellen.
-
Ein weiterer Vorteil des Tests ist, dass, er die vorteilhaften Eigenschaften von verschiedenen Entwürfen in ihrer Rangfolge ordnen und anstelle von tatsächlichen Prototypreifen in den frühen Stadien der Entwicklung von geräuscharmen Reifen mit verwendet werden kann. Außerdem verringert der Test die Entwicklungskosten eines geräuscharmen Reifens, da viele Zylinder in einer kurzen Zeit vor der Herstellung von verhältnismäßig teuren Prototypreifen hergestellt werden können.
-
Zylinder können mit Hilfe von verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wie z. B. dem Falten eines flachen Laminats in einen Zylinder, dann das Kleben entlang des Saums, das Herstellen eines Zylinders oder das Herstellen eines Zylinders direkt mit Wülsten. Wülste können verwendet werden, wenn es wünschenswert ist, die axiale Last zu erhöhen, die auf den Zylinder durch die Testvorrichtung mit den Endsteckern, die die Enden versiegeln, angewendet werden kann. 1 zeigt einen schematischen Zylinder 1 mit einem Kronenbereich 10, der verschiedene Reifenkomponenten wie z. B. Karkassenlagen, Gürtel, Deckschichten, Kappen, Auskleidungen und dergleichen darstellen, die jedoch zum Zweck der Einfachheit nicht gezeigt werden. Zylinder mit einer Vielzahl von Stapelfolgen der oben erwähnten Komponenten können verschiedene Reifenstrukturen zugewiesen werden, an denen eine Materialhersteller oder Reifenentwickler interessiert ist. Es wird bevorzugt, dass die Breite des Bandbereichs der Lauffläche des Zylinders gleich wie diejenige eines Reifens mit voller Größe ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite des Bandbereichs der Lauffläche ungefähr 11,4 cm (4,5 Inch) und die Dicke beträgt ungefähr 0,5 cm (0,22 Inch). Andere Abmessungen können, basierend auf der Testausrüstung und dem gewünschten, im Maßstab verkleinerten Zylinder geeignet sein. Der innere Durchmesser des Zylinders kann im Bereich von ungefähr 7,6 cm bis 102 cm (3 Inch bis 40 Inch) liegen. Wenn jedoch der Durchmesser groß wird, weist der Zylinder ein verhältnismäßig großes inneres Volumen auf, und dies könnte die Sicherheitsrisiken erhöhen, falls das Laminat fehlschlägt. Wenn der Durchmesser zu klein wäre, würden die Merkmale des Lamiants das Verhalten des Reifens mit voller Größe nicht angemessen darstellen. Der ideale Durchmesser wird derart gewählt, dass der Zylinder im Wesentlichen die gleiche Kronenform wie der zu testende Reifen aufweist. Unabhängig davon ist es die Absicht, einen Zylinder bereitzustellen, der einen Reifen mit voller Größe darstellt.
-
2A zeigt die Endstecker, die die Befestigung 20 mit einem oberen Satz und einem unteren Satz zur Verwendung mit einer Instron-Testvorrichtung (nicht gezeigt) darstellen. Die Endstecker im oberen Satz weisen eine abnehmende Größe auf, mit einem großen Durchmesser 21, einem mittleren Durchmesser 22 und einem kleinen Durchmesser 23. Ein Luftdurchlass 25 befindet sich im Endstecker mit dem großen Durchmesser 21, und ein Luftdurchlass 24 ist zentral angeordnet und erstreckt sich axial innerhalb des kleinen Endsteckers 23. Der Luftdurchlass 25 ist mit Hilfe eines Rohrs 25a mit einer Luftquelle (nicht gezeigt) verbunden. Die Endstecker im unteren Satz weisen eine abnehmende Größe auf, mit einem großen Durchmesser 21', einem mittleren Durchmesser 22' und einem kleinen Durchmesser 23'. Wie in 2B veranschaulicht, ist der Zylinder 1 zwischen zwei bearbeiteten zylindrischen Endsteckern angeordnet.
-
Zylinder 1 wird von einem externen elektromagnetischen Shaker 26 mit einem Stinger 26a angeregt, der mit der Zylinderoberfläche am Bereich in Kontakt steht, der die Reifenkrone 10 darstellt. Der Ausdruck 'Stinger' ist im Stand der Technik bekannt und wird gewöhnlich verwendet, um einen Shaker an eine Teststruktur zu befestigen und ist typischerweise aus einem Bohrer oder einer gewindegeschnittenen Stange hergestellt. Der Stinger wird verwendet, um den Shaker 26 von der Oberfläche zu trennen, um die sekundäre Bewegungsanregung durch den Shaker zu verringern. Eine elektrische Leitung 26b überträgt die Kraftsignale an einen Computer (nicht gezeigt). Die Bewegungen der Zylinderoberfläche werden von einer Reihe von Beschleunigungsmessern 27 gemessen, die an einer Anzahl von Umfangspositionen um den Zylinder 1 am Kronenbereich 10 positioniert sind. Alternativ kann ein beweglicher Beschleunigungsmesser an einer Stelle auf dem Kronenbereich 10 positioniert und dann seinerseits an andere Positionen bewegt werden, um mehrere Messungen durchzuführen. Die Sensorsignale des Beschleunigungsmessers werden von einer elektrischen Leitung 27a an einen Computer (nicht gezeigt) übertragen. Die Endstecker werden absichtlich sehr tief gemacht, und wenn die Anordnung vollständig ist, nehmen die Stecker einen großen Teil des internen Luftraums des Zylinders auf. Dies ermöglicht eine sorgfältige Steuerung und Regulierung des internen Drucks mit einem verhältnismäßig kleinen Luftvolumen und reduziert die Gefahr für den Bediener, falls der Zylinder während des Tests explodieren sollte. Wie in 2B veranschaulicht, befinden sich die großen Durchmesser 21, 21' außerhalb des Zylinders 1, und die mittleren Durchmesser 22, 22' passen in den und berühren den Zylinder. Die kleineren Durchmesser 23, 23' erstrecken sich in den Zylinder und nehmen das innere Volumen ein, ermöglichen jedoch eine Vibrationsbewegung. Der Luftdurchlass 24 leitet komprimierte Luft in das innere Volumen von Zylinder 1, wenn der Test durchgeführt wird.
-
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Erfindung die folgenden Merkmale:
- 1. Einen im Maßstab verkleinerten Zylinder, der das verstärkte Gummilaminat darstellt.
- 2. Eine Testbefestigung mit Endsteckern, um den Zylinder an den Ecken zu klemmen
- 3. Einen internen hydrostatischen Druck, um den Zylinder vorzuladen
- 4. Eine axiale Ladung, um die axialen Corde vorzuladen
- 5. Oberflächenbewegungs-Messungen, um die Vibrationsantwort des Zylinders in Antwort auf eine Störung zu überwachen. Der Zylinder wird von einem externen Shaker mit einem zufälligen Kraft-Zeit-Signal angeregt. Die FFT (Schnelle Fourier Transformation) des zufälligen Signals zeigt, dass die Kraft zum großen Teil bei jeder Frequenz zwischen 20 und 2000 Hz gleichförmig ist.
- 6. Die Oberflächenbewegung wird durch ein typisches Modalanalyseverfahren gemessen, wobei die Beschleunigungsmesser an einer Anzahl von Umfangspositionen angeordnet werden, – acht Reihen und 30 Punkte in jeder Reihe. Diese Anzahl kann leicht erhöht werden, wenn größere Zylinder getestet werden.
- 7. Die Simulation durch die Boundary-Element-Software von Virtual LabTM wird verwendet, um die Anordnung von gemessenen Oberflächenbewegungen in ein abgegebenes Geräusch umzuwandeln. Das Schmalband-Schallleistungsspektrum, hervorgerufen von der Vibration des Laufflächenbands, wird berechnet. Hohe und niedrige Frequenzbereiche werden definiert, und der gesamte Geräuschpegel der Bandsumme in jedem Frequenzbereich wird berechnet.
-
Beispiele
-
Es wurden Zylinder hergestellt, die drei verschiedene Reifenstrukturen darstellen. Die Zylinder wiesen einen inneren Durchmesser (ID) von 13,3 cm (5,25 Inch), eine Länge von 22,9 cm (9 Inch) und eine Breite von 11,4 cm (4,5 Inch) der Laufflächenband-Region (Krone 10) auf. Die Dicke betrug ungefähr 0,55 cm (0,22 Inch).
-
Beispiele 1–3 wiesen alle eine Karkassenschicht aus Polyester 2 und zwei Stahlgürtel 3 auf. Beispiel 1 wies eine volle Deckschicht 4 aus Nylon auf. Beispiel 2 wies eine volle Deckschicht aus Para-Aramid/Nylon auf, wobei das Para-Aramid Kevlar® ist, erhältlich von E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE. Beispiel 3 wies eine gespaltene Deckschicht 4 aus Nylon auf. Sechs Zylinder von Beispiel 1 wurden hergestellt, um die Veränderbarkeit der Ergebnisse von den Geräuschtests der Zylinder zu überprüfen. Drei Zylinder von Beispiel 2 und 3 wurden hergestellt, um zu bestimmen, wie gut der Zylindertest die Schallleistungspegel von Reifen mit voller Größe darstellt. Jeder Zylinder wurde unter Verwendung des Verfahrens, wie oben beschrieben, getestet. Zwei Frequenzregionen (mittlere Frequenz von 500–1000 Hz und hohe Frequenz von 1000–2000 Hz) wurden ausgewählt, und die gesamten Schallleistungspegel in jeder Region wurden verglichen.
-
Der Veränderbarkeitstest unter Verwendung der sechs Zylinder zeigte Standardabweichungen der Schallleistungspegel von nur 1,45 und 1,55 dB in der mittleren bzw. der hohen Frequenzregion. Geteilte Deckschichtzylinder zeigten eine bedeutend geringere Geräuscherzeugung als Zylinder mit der Nylon-Deckschicht; 1,7 dB in der mittleren und 3,3 dB in der hohen Frequenzregion. Im Allgemeinen erzeugen Reifen mit gespaltenen Deckschichten die geringste Menge von Geräuschen unter den verschiedenen Deckschichten.
-
Zylinder mit einer Deckschicht aus Kevlar®/Nylon-gemischtem Cord zeigten gemäßigte Geräuschvorteile; 0,9 dB in der mittleren Frequenzregion und 0,6 dB in der hohen Frequenzregion. Es ist auch allgemein bekannt, dass Reifen mit einer Deckschicht aus Kevlar®/Nylongemischtem Cord weniger Geräusch als diejenigen mit nur einer Nylonschicht erzeugen. Unter den drei Beispielzylindern zeigte Beispiel 3 (gespaltene Deckschicht) den besten Schallleistungspegel, Beispiel 2 (Deckschicht aus Kevlar®/Nylon-gemischtem Cord) den zweitbesten, und Beispiel 1 (Deckschicht aus Nylon) belegte den dritten Platz, genauso wie bei realen Reifen.
