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Die Erfindung betrifft einen Hinterachseinstellstand und ein Verfahren zum Einstellen einer Mehrlenkerhinterachse.
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Aktuell produzierte Landfahrzeuge sind in vielen Fällen mit Mehrlenkerhinterachsen versehen. Mehrlenkerhinterachsen tragen zur Erfüllung der hohen Anforderungen bei, die an Fahrdynamik und Fahrkomfort von Landfahrzeugen gestellt werden. Ein weiterer Vorteil der Mehrlenkerhinterachsen ist das hohe Maß an Einstellbarkeit und Freiheit in der Auslegung.
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Aufgrund der umfangreichen Einstellmöglichkeiten ist die Einstellung des Fahrwerks bei Fahrzeugen mit Mehrlenkerhinterachse aufwendig. Die Vorgaben der Fahrzeughersteller zu den nach Montage eines Fahrwerks an eine Karosserie erwarteten Fahrwerkgeometrieparametern, wie insbesondere Einzelspurwinkel und Sturzwinkel, sind sehr anspruchsvoll. Nicht zuletzt auch aus Sicherheitsgründen und zur Minimierung von Fahrwerksverschleiß werden nur minimale Abweichungen von Spur und Sturz von den Sollbedingungen toleriert. Die tolerierten Einzelspurwinkel und Sturzwinkel sind gewöhnlich sehr klein. Üblich ist, dass die tolerierten Höchstwerte kleiner sind als 10 Winkelminuten. Beispielsweise fordern einige OEMs, dass die Einzelspureinstellung mit einer maximalen Abweichung sowohl von Einzelspurwinkel und von Sturzwinkel von der Solllage von maximal 6 Winkelminuten nachgewiesen wird.
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Um die Einstellung von Mehrlenkerhinterachsen im Produktionsbetrieb zu gewährleisten, werden Einstellstände verwendet. Die Einstellstände basieren auf dem Prinzip, auf mechanische Weise, beispielsweise mittels Planschlagmessen, die Lage der Radnabenflächen und/oder der Bremsscheiben einer Mehrlenkerhinterachse zu erfassen und auf eine mögliche Abweichung von einer Solllage hin zu prüfen. Bei Korrekturbedarf wird eine entsprechende Justage der Mehrlenkerhinterachse vorgenommen. Während der Korrektur oder im Anschluss an die Korrektur erfolgt weiterhin oder erneut eine Messung der Lage der Radnabenflächen und/oder Bremsscheiben, bis keine Einzelspurwinkel oder Sturzwinkel, sowie gegebenenfalls andere Winkelabweichungen, mehr die tolerierten Grenzwerte überschreiten.
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Die bekannten Hinterachseinstellstände sind konstruktiv aufwendig gestaltet. Grund hierfür ist, dass die Einstellung der Mehrlenkerhinterachse eine fortwährende, kontinuierliche oder diskontinuierliche, erneute Messung der Lage von Radnabenfläche und/oder Bremsscheibe voraussetzt. Gleichzeitig muss die konstruktiv komplexe Mehrlenkerhinterachse zum Einstellen für - manuell oder automatisch bediente - Werkzeuge zugänglich sein. Außerdem muss die Mehrlenkerhinterachse in geeigneter Position zu den Lageerfassungsanordnungen gehalten werden. Es sind somit viele apparative und somit konstruktive Randbedingungen zu beachten. Mit der entsprechend hohen Komplexität der Hinterachseinstellstände gehen entsprechend höhere Kosten für die Produktion eines Hinterachseinstellstands und für dessen Wartung einher.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Hinterachseinstellstand bereitzustellen, der unter anderem die oben genannten Nachteile vermeidet oder reduziert.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Hinterachseinstellstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Der Hinterachseinstellstand weist eine Haltevorrichtung auf, mit der die Mehrlenkerhinterachse an einer Bearbeitungsposition fixiert wird. Das Fixieren erfolgt üblicherweise unter Nutzung von herstellerseitig an der Mehrlenkerhinterachse angeordneten Referenzbohrungen. Die Haltevorrichtung des Hinterachseinstellstands ist derart dimensioniert, dass zumindest eine erste Radnabe der Mehrlenkerhinterachse in einem ersten Erfassungsbereich und eine zweite Radnabe der Mehrlenkerhinterachse in einem zweiten Erfassungsbereich positioniert ist. Je nach Ausführungsform des Hinterachseinstellstands kann vorgesehen sein, dass eine Erfassung der Lage einer Radnabenfläche der ersten Radnabe und/oder eine Erfassung der Lage einer Radnabenfläche der zweiten Radnabe vorgenommen wird. In anderen Ausführungsformen können der erste Erfassungsbereich und der zweite Erfassungsbereich sowie die Haltevorrichtung auch derart aufeinander abgestimmt sein, dass zusätzlich eine erste Bremsscheibe der Mehrlenkerhinterachse in dem ersten Erfassungsbereich und eine zweite Bremsscheibe der Mehrlenkerhinterachse in dem zweiten Erfassungsbereich des Hinterachseinstellstands positioniert sind, wenn die Mehrlenkerhinterachse an ihrer Bearbeitungsposition fixiert ist.
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Mit anderen Worten sind zwei Erfassungsbereiche vorgesehen, in welche hinein die erste Radnabe und die zweite Radnabe positionierbar sind. Die Erfassungsbereiche sind insbesondere derart voneinander beabstandet und derart dimensioniert, dass die Radnaben inklusive ihrer jeweiligen Radnabenfläche, bevorzugt auch die jeweiligen Bremsscheiben, innerhalb des jeweiligen Erfassungsbereichs aufgenommen werden können.
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Zusätzlich sieht der erfindungsgemäße Hinterachseinstellstand eine erste optische Lageerfassungsanordnung und eine zweite optische Lageerfassungsanordnung vor. Die erste optische Lageerfassungsanordnung ist mit ihren jeweils vorhandenen Sensoren zu dem ersten Erfassungsbereich hin und die zweite optische Lageerfassungsanordnung ist mit ihren jeweils vorhandenen Sensoren zu dem zweiten Erfassungsbereich hin orientiert an dem Hinterachseinstellstand angeordnet.
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Die Lageerfassungsanordnungen sind derart relativ zu den Erfassungsbereichen positioniert, dass ein optischer Weg von der ersten Lageerfassungsanordnung zu der ersten Radnabe und/oder zu der ersten Bremsscheibe sowie ein optischer Weg von der zweiten Lageerfassungsanordnung zu der zweiten Radnabe und/oder zu der zweiten Bremsscheibe freibleibt, um eine auf der Verwendung von elektromagnetischen Wellen beruhende Entfernungsbestimmung zu erlauben. Zur Entfernungsbestimmung ist vorgesehen, dass von der ersten Lageerfassungsanordnung erste elektromagnetische Messstrahlung ausgesendet wird, die an der ersten Radnabe oder der ersten Bremsscheibe reflektiert wird, und nach der Reflexion wieder von der ersten Lageerfassungsanordnung detektiert wird. Analog ist zur Entfernungsbestimmung vorgesehen, dass von der zweiten Lageerfassungsanordnung zweite elektromagnetische Messstrahlung ausgesendet wird, die von der zweiten Radnabe oder der zweiten Bremsscheibe reflektiert wird, woraufhin nach der Reflexion die reflektierte Messstrahlung wieder detektiert wird.
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Die bestimmte Entfernung bezieht sich dabei jeweils auf die Lageerfassungsanordnung.
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Mit dem erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstand wird eine optische Lageerfassung der ersten Radnabe und der zweiten Radnabe, alternativ oder zusätzlich der ersten Bremsscheibe und der zweiten Bremsscheibe, ermöglicht. Die erste optische Lageerfassungsanordnung weist hierzu optische Abstandssensoren auf, die derart positioniert oder, bevorzugt, positionierbar sind, dass eine in dem ersten Erfassungsbereich positionierte Radnabe aufgrund einer abstandsbestimmungsbasierten Bestimmung der Lage der ersten Radnabenfläche als innerhalb der Toleranzen liegend oder als außerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Lageabweichung vorliegend erkannt werden kann.
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Vor dem Hintergrund der vorstehenden Erläuterung ist dem Fachmann verständlich, dass der Erfassungsbereich nicht als körperlich umgrenzter Raum festgelegt sein muss, sondern vielmehr einen Bereich bezeichnet, in welchem die Radnabe und/oder die Bremsscheibe positioniert werden kann, sodass die Lageerfassungsanordnung die Lage der Radnabe und/oder der Bremsscheibe bestimmen kann. Die Haltevorrichtung wiederum ist in ihrer Ausgestaltung und Positionierung wenigstens darauf ausgerichtet, dass nach Aufnahme der Mehrlenkerhinterachse die Radnaben und gegebenenfalls die Bremsscheiben der zur Einstellung bestimmten Mehrlenkerhinterachsen innerhalb der Erfassungsbereiche positioniert sind und dabei die erforderlichen optischen Wege zwischen den Abstandssensoren und Radnaben oder Bremsscheiben freigelassen bleiben.
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Die Haltevorrichtung kann weitgehend beliebige Mittel umfassen, beispielsweise Klemmen oder Greifer, insbesondere auch Verschraubungen; insbesondere können bewegliche Haltevorrichtungen vorgesehen sein, die eine automatisierte Positionierung der Mehrlenkerhinterachsen vornehmen.
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Da während des Einstellens der Mehrlenkerhinterachse diese, abgesehen von den zur Einstellung vorgesehenen Bestandteilen wie insbesondere den Lenkern, unbewegt bleibt, kann die Haltevorrichtung auch Aufnahmemittel aufweisen wie beispielsweise Rollen, Rollenpaare, Prismen oder Kalotten, in denen beispielsweise die Radnaben oder die Bremsscheiben abgelegt werden. Typischerweise kann die Ablagevorrichtung zusätzlich ein oder mehrere Fixiermittel aufweisen, um eine unbeabsichtigte Relativbewegung der Mehrlenkerhinterachse gegenüber den optischen Lagererfassungsvorrichtungen zu vermeiden. Als Fixiermittel können insbesondere eine oder mehrere Referenzbohrungen vorgesehen sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands ist vorgesehen, dass die erste optische Lageerfassungsanordnung und/oder die zweite optische Lageerfassungsanordnung wenigstens einen Lasersensor aufweist. Der Lasersensor kann beispielsweise ein laufzeitbasierter Distanzsensor, ein triangulationsbasierter Distanzsensor oder ein triangulationsbasierter Linienlasersensor sein. Der Begriff des Lasersensor umfasst dabei bevorzugt sowohl Laser als auch Detektor eines reflektierten Strahls, wobei Lasersensoren häufig als Modul aus Laser und Detektor kommerziell verfügbar sind.
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Der Lasersensor ist, entsprechend der eingangs dargelegten Ausführungen, an dem Hinterachseinstellstand derart positioniert, dass der Messstrahl bei der in der Haltevorrichtung befindlichen Mehrlenkerhinterachse auf die Radnabenfläche oder die Bremsscheibe gerichtet ist, sodass mittels des an der Radnabenfläche oder der Bremsscheibe reflektierten Strahls eine Lageermittlung vorgenommen werden kann.
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Eine Möglichkeit zur Ausbildung der Lageerfassungsanordnungen sieht vor, dass
- - die erste optische Lageerfassungsanordnung zwei, bevorzugt drei, als Punktlaser-Abstandssensoren ausgebildete Lasersensoren aufweist und/oder
- - die zweite optische Lageerfassungsanordnung zwei, bevorzugt drei, als Punktlaser-Abstandssensoren ausgebildete Lasersensoren aufweist.
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Mit einer derartigen Ausstattung der Lageerfassungsanordnungen können hinreichend viele Informationen gemessen werden, um die Lage der ausgemessenen Ebene, also der Radnabenfläche oder der Bremsscheibe, in zwei Dimensionen oder, bei der Nutzung von jeweils drei Punktlaser-Abstandssensoren auch in drei Dimensionen des Raums zu ermitteln. Die dadurch ermittelten Informationen müssen zur Bestimmung des vorliegenden Winkels lediglich noch mit dem Gesamtsystem der Mehrlenkerhinterachse in Bezug gebracht werden.
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Das Inbezugbringen der Ebene mit der Mehrlenkerhinterachse erfolgt beispielsweise mechanisch mittels Fixierens unter Verwendung einer oder mehrerer herstellerseitig an der Mehrlenkerhinterachse eingerichteter Referenzbohrungen. Zur stetigen Überprüfung oder gegebenenfalls auch zur Anpassung der Kalibrierung kann beispielsweise kann die exakte, insbesondere axiale, Ausrichtung der Mehrlenkerhinterachse mittels der Haltevorrichtung anhand Ausmessen eines sogenannten Einrichtmeisters überprüft werden. Eine derartige Vorgehensweise ist Grundlage dafür, dass die Positionierung der Mehrlenkerhinterachse und der Lageerfassungsanordnungen hinreichend genau ist, um Einzelspureinstellungen zu erlauben. Prinzipiell kann auch durch gemeinsame Auswertung der Lageinformationen der ersten optischen Lageerfassungsanordnung und der Lageinformationen der zweiten optischen Lageerfassungsanordnung eine Gesamtspurausmessung erfolgen sowie, bei Verwendung eines Einrichtmeisters, eine Kalibrierung des Systems vorgenommen werden. In vielen Fällen ist jedoch die Einzelspurmessung bevorzugt. Die Nutzung eines Einrichtmeisters zur Sicherstellung der Kalibrierung entspricht fachmännischem Handeln.
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Ein wesentlicher Erfolg der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die zum Anmeldezeitpunkt der Erfindung vorhandene Lasertechnik bei Auswahl geeigneter Lasersensoren - entgegen der bisherigen Erfahrungen und der entsprechenden Vorbehalte der Fachleute - erstmalig ausreichend ist, um zur Lösung der gestellten Aufgabe beitragen zu können. Während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde im Rahmen entsprechender Versuche die Erkenntnis gewonnen, dass, anders als es bislang der Fall war, auf den bei Hinterachseinstellständen üblicherweise vorliegenden Distanzen eine Lageerfassung allein auf Basis von Laserreflexion auf einer Radnabenfläche und/oder auf einer Bremsscheibe möglich ist und dass dabei die geforderten hohen Genauigkeiten erreicht werden können. Aufgrund des vergleichsweise geringen Durchmessers der Bremsscheibe und insbesondere der Radnabenfläche geht die Entwicklung des Gesamtsystems eines Hinterachseinstellstands mit einer optischen Erfassung der Radnabenfläche und/oder der Bremsscheibe mit hohen Anforderungen an Lageerfassungsanordnung und an relativ zu dieser vorzunehmender Positionierung der Mehrlenkerhinterachse einher. Grund dafür ist, dass aufgrund der kleinen Messbasis, welche maximal durch den Durchmesser der Radnabe beziehungsweise der Bremsscheibe bereitgestellt wird, sowie der geringen Toleranz von Abweichungen von nur wenigen Winkelminuten, infolge trigonometrischer Betrachtungen Auflösungen der Distanzmessgenauigkeit bereitgestellt werden müssen, die bei typischen Bremsscheibendurchmessern von beispielsweise zwischen 20 cm und 40 cm im Bereich von nur wenigen Mikrometern liegen. Eine Auslegung des Hinterachseinstellstands erfordert dabei nicht nur Überlegungen zur Auflösung, sondern auch zu den Dimensionierungen der Bereiche entlang des Verlaufs entlang einer Achse, in denen diese Auflösung bereitstellbar ist.
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Durch die Verwendung optischer Messtechnik wird gegenüber bisherigen Hinterachseinstellständen der beträchtliche Vorteil erreicht, dass keine kombinierte Führung und Messung von Radnabe und/oder Bremsscheibe möglich ist. Die Führung der Radnabe und/oder Bremsscheibe umfasst nicht nur ein Schwenken um einen Punkt, sondern die Beweglichkeit wird von allen der vorhandenen Lenkern definiert. Deswegen ging das erforderliche Führen und Mitbewegen der bisher erforderlichen Planschlagmessung, die sich beispielsweise der Nutzung von Mikoraktorik bediente, mit einer Bereitstellung entsprechend aufwendiger und somit wartungs- und kostenintensiver Mechanik einher. Eine von einer komplexen mechanischen Anordnung mitführbare berührende hochgenaue Messtechnik ist infolge der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands und seiner Weiterbildungen weitgehend verzichtbar.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands ist vorgesehen, dass
- - die erste optische Lageerfassungsanordnung einen, bevorzugt zwei, als Laserlinien-Abstandssensor ausgebildeten Lasersensor aufweist und/oder
- - die zweite optische Lageerfassungsanordnung einen, bevorzugt zwei, als Laserlinien-Abstandssensor ausgebildeten Lasersensor aufweist.
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Auch eine kombinierte Verwendung von Laserlinien-Abstandssensoren und Punktlaser-Abstandssensoren kann vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass
- - die Lasersensoren der ersten optischen Lageerfassungsanordnung derart voneinander beabstandet und ausgerichtet positioniert sind, dass die Messstrahlung die erste Radnabe erfasst, wenn sie in dem ersten Erfassungsbereich positioniert ist, zur Ermittlung der Lage der ersten Radnabe oder eine erste Bremsscheibe erfasst, wenn sie in dem ersten Erfassungsbereich positioniert ist, zur Ermittlung der Lage der ersten Bremsscheibe, und dass
- - die Lasersensoren der zweiten optischen Lageerfassungsanordnung derart voneinander beabstandet und ausgerichtet positioniert sind, dass die Messstrahlung die zweite Radnabe erfasst, wenn sie in dem zweiten Erfassungsbereich positioniert ist, zur Ermittlung der Lage der zweiten Radnabe oder eine zweite Bremsscheibe erfasst, wenn sie in dem zweiten Erfassungsbereich positioniert ist, zur Ermittlung der Lage der zweiten Bremsscheibe.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lasersensoren des Hinterachseinstellstands mit einem gemeinsamen Steuermittel gekoppelt sind. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die mit den Lasersensoren der ersten Lageerfassungsanordnung und die mit den Lasersensoren der zweiten Lageerfassunganordnung erfassten Lagedaten miteinander in Bezug gesetzt werden können, wodurch die Ermittlung von Relativabweichungen erleichtert wird. Aber auch bei einer, in aller Regel bevorzugten, Einzelspureinstellung ist die Verwendung eines gemeinsamen Steuermittels aus Gründen der Effizienz vorteilhaft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Lasersensoren, bevorzugt alle der Lasersensoren, eine Tiefenschärfe beziehungsweise eine Erstreckung eines Tiefenschärfebereichs bereitstellen, die wenigstens 10 mm, bevorzugt wenigstens 15 mm, besonders bevorzugt wenigstens 20 mm beträgt. Eine möglichst große Tiefenschärfe der Lasersensoren, also ein Abstand zweier Ebenen, zwischen denen die spezifikationsgemäße Auflösung der Lasersensoren erreicht wird, geht mit dem Vorteil einher, dass eine exakte und genaue Lageermittlung für Radnaben beziehungsweise Bremsscheiben in unterschiedlichem Abstand von dem jeweiligen Lasersensor möglich ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Mehrlenkerhinterachsen mit innerhalb der Tiefenschärfe voneinander abweichenden Spurweiten verwendet werden können, ohne dass eine mechanische Verstellung des Hinterachseinstellstands erforderlich ist. Dadurch ergibt sich eine beträchtlich erhöhte Flexibilität in der Prüfung und Einstellung von Mehrlenkerhinterachsen und damit ein entsprechendes Kosteneinsparpotential.
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Dadurch, dass aufgrund von grundlegenden optischen Prinzipien eine größere Erstreckung der Tiefenschärfe in der Regel mit einer geringeren Distanzmessgenauigkeit einhergeht, sind bei der konstruktiven Auslegung des Hinterachseinstellstands im Rahmen der vorstehenden und der nachfolgenden Erläuterungen durch den Fachmann eine Abstimmung von geeigneten Sensoren mit den gewählten Geometrien des Einstellstands, insbesondere mit der beabsichtigten Positionierung der Messobjekte, also der Radnaben beziehungsweise der Bremsscheiben, vorzunehmen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nimmt der erste Erfassungsbereich von der ersten Lageerfassungsanordnung ausgehend einen Raum bis zu einem Abstand von der ersten Lageerfassungsanordnung ein, der wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt 100 % der Tiefenschärfe der Lasersensoren umfasst, und/oder
- - nimmt der zweite Erfassungsbereich von der zweiten Lageerfassungsanordnung ausgehend wenigstens einen Raum bis zu einem Abstand von der zweiten Lageerfassungsanordnung ein, der wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt 100 % der Tiefenschärfe der Lasersensoren umfasst.
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Als Referenz für die Ermittlung des Abstands kann insbesondere eine Ebene vorgesehen sein, welche durch alle Abstandssensoren, alternativ durch alle Laserstrahlaustrittsorte, aller Lasersensoren einer Lageerfassungsanordnung definiert wird.
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Mit anderen Worten kann also eine dahingehende Konstruktion des Gesamtsystems des Hinterachseinstellstands vorgesehen sein, in welcher die Erstreckung des Erfassungsbereichs in eine zur Längsachse der Mehrlenkerhinterachse parallelen Richtung durch den Bereich der Tiefenschärfe der verwendeten Lasersensoren definiert wird. Üblicherweise beginnt der Bereich der Tiefenschärfe eines Lasersensors nicht unmittelbar vor dem Lasersensor, sondern in einem Abstand A von dem Lasersensor. Die Tiefenschärfe wird bereitgestellt bis zu einem Abstand B, wobei B > A. Das vorgesehene Konzept des Hinterachseinstellstand sieht bevorzugt vor, dass als Erfassungsbereich der gesamte Raum zwischen zwei Ebenen vorgesehen ist, die in einem Abstand A und in einem Abstand B von den Lasersensoren definiert sind. Dies kann beispielsweise umfassen, dass mechanische Aufnahmemittel für Radnabe und/oder Bremsscheibe innerhals des gesamten Bereichs der Tiefenschärfe vorgesehen oder verstellbar sind.
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Experimentell hat sich gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn
- - die Lasersensoren der ersten optischen Lageerfassungsanordnung eine Distanzmessgenauigkeit bereitstellen, deren Auflösung 0,02 % der axialen Erstreckung des ersten Erfassungsbereichs erreicht oder noch höher ist und
- - die Lasersensoren der zweiten optischen Lageerfassungsanordnung eine Distanzmessgenauigkeit bereitstellen, deren Auflösung 0,02 % der axialen Erstreckung des zweiten Erfassungsbereichs erreicht oder noch höher ist. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Erfassungsbereich derart dimensioniert sein muss, dass die Auflösung von 0,02 % und besser noch ausreichend ist, um die noch tolerierten Winkelabweichungen in Spur und Sturz auflösen zu können. Durch Auswahl von Lasersensoren mit relativer hoher Messgenauigkeit innerhalb eines Erfassungsbereichs ist für eine absolut zu akzeptierende Lageabweichung die Erstreckung des Erfassungsbereichs groß mit dem Vorteil der damit einhergehenden Flexibilität in der axialen Erstreckung der einstellbaren Mehrlenkerhinterachse.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass einer oder mehrere der Lasersensoren im Bereich ihrer Tiefenschärfe eine Distanzmessgenauigkeit aufweisen, die 10 µm oder besser, bevorzugt 4 µm oder besser, besonders bevorzugt 2 µm oder besser ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer Bremsscheibe die Reflexionspunkte der Laserstrahlung 20 cm voneinander entfernt sind. Bei noch aufzulösenden akzeptierten 6 Winkelminuten Sturz und/oder Spurabweichungen würden sich hieraus 200 mm × tan (6') ≈ 0,35 mm als eine Distanz ergeben, die der maximalen Spurabweichung entspricht. Mit den oben genannten bevorzugten Auflösungen wird eine hinreichende Messgenauigkeit erreicht, auch geringe Spurabweichungen auszuschließen.
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Dadurch, dass die räumliche Dimensionierung des Hinterachseinstellstands, die Positionierung der Lageerfassungsanordnungen und damit der Erfassungsbereiche sowie der Haltevorrichtung, wie oben dargelegt, in gezielter Abstimmung mit der Tiefenschärfe der verwendeten Lasersensoren vorgenommen wird, sind die vorgesehenen Lageerfassungsanordnungen für Mehrlenkerhinterachsen mit unterschiedlichen axialen Erstreckungen verwendbar. Aus diesem Grund kann auf eine Positionsverstellbarkeit der Lageerfassungsanordnungen verzichtet werden und somit, in besonders vorteilhafter Ausführungsform, eine ortsfeste Anordnung der Lasersensoren an dem Hinterachseinstellstand vorgesehen sein. Mit anderen Worten sind die Lasersensoren gemäß dieser Ausgestaltung ortsfester Bestandteil des Hinterachseinstellstands, wobei der Begriff „ortsfest“ in Relation zu einem Tragegestell des Hinterachseinstellstands verstanden werden kann. Die Lasersensoren der Lageerfassungsanordnung sind also - mittelbar oder unmittelbar - fest mit dem Tragegestell des Hinterachseinstellstands verbunden.
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Bevorzugt weist die Haltevorrichtung erste Aufnahmemittel und zweite Aufnahmemittel auf, wobei das erste Aufnahmemittel und das zweite Aufnahmemittel derart zueinander positionierbar sind, dass die Mehrlenkerhinterachse an der Bearbeitungsposition fixiert werden kann unter Aufnahme der ersten Bremsscheibe durch das erste Aufnahmemittel und Aufnahme der zweiten Bremsscheibe durch das zweite Aufnahmemittel. Beispielsweise kann das erste Aufnahmemittel wie auch das zweite Aufnahmemittel zwei voneinander beabstandete Ablagestreben aufweisen, deren Abstand geringer ist als der Durchmesser der Radnabenfläche oder geringer ist als der Durchmesser der Bremsscheibe, und die jeweils parallel zu einer Längsachse der Mehrlenkerhinterachse positioniert sind. In einer solchen Anordnung kann die Mehrlenkerhinterachse mit ihren Radnabenflächen oder mit ihren Bremsscheiben auf den Aufnahmemitteln abgelegt werden, wodurch eine zusätzliche Stabilisierung der Radnaben beziehungsweise der Bremsscheiben erreicht wird.
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Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Mehrlenkerhinterachse. Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- A. Positionieren der radlosen Mehrlenkerhinterachse in einem Hinterachseinstellstand;
- B. - Positionieren der ersten Radnabe derart, dass ein optischer Weg zwischen einer ersten Lageerfassungsanordnung und der ersten Radnabe freibleibend ist, und Erfassen einer ersten Winkelorientierung der ersten Radnabe mittels einer Entfernungsbestimmung mittels elektromagnetischer Messstrahlung, die von der ersten Lageerfassungsanordnung emittiert, von der ersten Radnabe reflektiert und sodann von der ersten Lageerfassungsanordnung detektiert werden, alternativ oder zusätzlich
- Positionieren der ersten Bremsscheibe derart, dass ein optischer Weg zwischen der ersten Lageerfassungsanordnung und der ersten Bremsscheibe freibleibend ist, und Erfassen einer ersten Winkelorientierung der ersten Bremsscheibe mittels einer Entfernungsbestimmung mittels elektromagnetischer Messstrahlung, die von der ersten Lageerfassungsanordnung emittiert, von der ersten Radnabe reflektiert und sodann von der ersten Lageerfassungsanordnung detektiert werden;
- C. wenn die erste Winkelorientierung einen vorgegebenen Abweichungstoleranzwinkel überschreitet, Justieren der Mehrlenkerhinterachse.
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Der Schritt B wird bevorzugt analog auch mit der zweiten Radnabe und/oder der zweiten Bremsscheibe unter Ausnutzung der zweiten Lageerfassungsanordnung vorgenommen werden, wobei bevorzugt die Radnaben und die Bremsscheiben in dem ersten Erfassungsbereich und in dem zweiten Erfassungsbereich positioniert werden, wie es eingangs erläutert ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, das Verfahren mit einem Hinterachseinstellstand der eingangs beschriebenen Art oder einer seiner Weiterbildungen durchzuführen, wobei die jeweils genannten konstruktiv umgesetzten Merkmale in verfahrensmäßiger Umsetzung genutzt werden können, wobei die Vorteile der konstruktiven Umsetzungen in analoger Weise dem Verfahren gleichermaßen zu Gute kommen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen beispielhaft 10 Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
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Es zeigen
- 1a-1d: Schematische Darstellungen eines Hinterachseinstellstands ohne eingespannte Mehrlenkerhinterachse (1a und 1c) und mit eingespannter Mehrlenkerhinterachse (1b und 1d);
- 2: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands in einer Schrägansicht;
- 3a und 3b: ausschnittsweise Darstellung des erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands der 1;
- 4: weitere Ausschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands der 1;
- 5a und 5b: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands in einer Schrägansicht (5a) und in einer seitlichen Aufsicht ( 5b) .
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1a ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands 1 ohne in diesem eingespannte Mehrlenkerhinterachse in der Aufsicht zu entnehmen. Der Hinterachseinstellstand 1 weist eine Haltevorrichtung 7 auf. Die Haltevorrichtung 7 umfasst Spannvorrichtungen 7', 7", 7"' und 7"", mit der eine Mehrlenkerhinterachse 2 fixiert werden kann. Das Einspannen der Mehrlenkerhinterachse erfolgt in vielen Fällen unter Miteinbeziehung von an der Mehrlenkerhinterachse 2 herstellerseitig angebrachten Referenzbohrungen, so dass die Mehrlenkerhinterachse 2 nach dem Einspannen als innerhalb vom Hersteller vorgegebener Toleranzen positioniert betrachtet werden darf. Der Hinterachseinstellstand 1 weist außerdem eine erste optische Lageerfassungsanordnung 3 auf, die insgesamt drei als Laserlinien-Abstandssensor 14, 14', 14" ausgebildete Lasersensoren aufweist. Bei diesen Lasersensoren kann es sich beispielsweise um einen auf dem Prinzip der Laser-Triangulation wirkenden Lasersensor handeln, wie er beispielsweise von der Firma Micro-Epsilon, aber auch von anderen Herstellern, für industrielle Anwendungen kommerziell angeboten wird. Bei der Auswahl geeigneter Sensoren sowie bei der Positionierung der ausgewählten Sensoren an dem Hinterachseinstellstand ist gemäß den bereits dargelegten Erläuterungen zu beachten, dass der ausgewählte Sensortyp einen ausreichend großen Tiefenschärfebereich bereitstellt, innerhalb dessen die Auflösung einer Distanzermittlung ausreichend groß ist. Die relative Positionierung des reflektierenden Elements, beispielsweise der Nabe oder der Bremsscheibe, zu dem Sensor ist dabei derart zu wählen, dass das reflektierende Element am Reflexionspunkt oder an der Reflexionslinie innerhalb des Tiefenschärferaums des Sensors liegt.
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Die verwendeten Lasersensoren 14 arbeiten innerhalb ihres Tiefenschärfebereichs, welcher sich zwischen den mit den Pfeilen A und B gekennzeichneten Ebenen erstreckt, innerhalb der spezifikationsgemäßen Auflösung. Innerhalb dieser Ebenen A und B sind die Lasersensoren demnach befähigt, mit der spezifikationsgemäßen Distanzmessgenauigkeit die Distanz eines Laserlicht reflektierenden Gegenstands zu erfassen. An Positionen, die näher an einem der Lasersensoren liegen als die Ebene A sowie bei Abständen, die weiter von den Lasersensoren beabstandet sind als die Ebene B sind hingegen keine Messungen mit der spezifikationsgemäßen Messgenauigkeit möglich, der Raum zwischen den Ebenen A und B ist der Bereich der Tiefenschärfe der Lasersensoren 14, 14' und 14". Der Raum zwischen den Ebenen A und B stellt den ersten Erfassungsbereich 5 dar. Die spezifikationsgemäße Auflösung und die Dimensionierung des Hinterachseinstellstands 1 sind erfindungsgemäß derart ausgewählt, dass die Auflösung innerhalb des ersten Erfassungsbereichs 5 0,02 % des Abstands der Ebene B von der Ebene A oder besser ist, nämlich im Beispielfall eine Genauigkeit von 1,2 µm bietet. Anders betrachtet wird durch entsprechende Auswahl und Positionierung der Lasersensoren 14, 14' und 14" der ersten Lageerfassungsanordnung 3 mit dem ersten Erfassungsbereich 5 ein Bereich bereitgestellt, innerhalb dessen die Lage von Radnabenflächen und Bremsscheiben mit der angestrebten Genauigkeit ermittelt werden kann. Das bedeutet, dass innerhalb der durch die Erfassungsbereiche 5, 6 bereitgestellten Bereiche Radnaben oder Bremsscheiben von Mehrlenkerhinterachsen mit unterschiedlichen axialen Ausdehnungen ausgemessen werden können, wobei die axialen Erstreckungen in dem Maße der axialen Ausdehnung der Erfassungsbereiche variieren können. Gegenüber aus der Praxis bekannten Einstellständen werden mit dem erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstand somit erhebliche Flexibilitätsgewinne erreicht. Dabei ist infolge der vereinfachten konstruktiven Voraussetzungen sichergestellt, dass bei einer Positionierung beispielsweise einer Nabe oder einer Bremsscheibe innerhalb des ersten Erfassungsbereichs eine direkte Strecke zwischen jedem der Lasersensoren 14, 14', 14" und der Radnabe oder der Bremsscheibe frei bleibt, um die Entfernungsbestimmung von jedem der vorhandenen Lasersensoren 14, 14', 14" zu der Radnabe oder der Bremsscheibe zu ermöglichen. Dadurch, dass drei Lasersensoren 14, 14', 14" vorgesehen sind, ist nicht nur die Entfernung der Bremsscheibe von den Laserlinien-Abstandssensoren, sondern bei Kenntnis der Position der Laserlinien-Abstandssensoren beziehungsweise bei relativ zueinander kalibrierter Positionierung der Laserlinien-Abstandssensoren auch die Winkelorientierung der Radnabe beziehungsweise Bremsscheibe in jeder Raumdimension ermittelbar. Dadurch ist die Ermittlung sowohl einer eventuellen Sturzabweichung als auch einer eventuellen Spurabweichung gewährleistet. Der Hinterachseinstellstand ist zumindest in seiner prinzipiellen Ausgestaltung achsensymmetrisch, so dass in analoger Weise eine zweite Lageerfassungsanordnung 4 mit Lasersensoren 15, 15', 15" vorgesehen ist, welche durch Auswahl und räumliche Anordnung den zweiten Erfassungsbereich 5 bereitstellen. Innerhalb des ersten Erfassungsbereichs 5 sind erste Aufnahmemittel 12, 12' vorgesehen sowie innerhalb des zweiten Erfassungsbereichs 5 zweite Aufnahmemittel 13, 13'. Bei entsprechender vorheriger Einstellung kann nach Einspannen einer Mehrlenkerhinterachse 2 in die Spanneinheiten 7', 7", 7"', 7"" eine Radnabe oder Bremsscheibe, in der dargestellten Ausführungsform eine Bremsscheibe, auf den als Rollen ausgebildeten Aufnahmemitteln 12, 12', 13, 13' abgelegt werden, um eine zusätzliche Stabilisierung der Mehrlenkerhinterachse zu bewirken.
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1b ist eine der Darstellung der 1a entsprechende Prinzip-Skizze zu entnehmen, wobei in dieser zusätzlich eine in dem Hinterachseinstellstand 1 eingespannte Mehrlenkerhinterachse 2 darstellt ist. Es ist dargestellt, dass die Mehrlenkerhinterachse 2 mit den Spannmitteln 7', 7", 7"', 7"" fixiert ist und eine erste Bremsscheibe 10 auf den als Rollen ausgebildeten ersten Aufnahmemitteln 12, 12' sowie eine zweite Bremsscheibe 11 auf den als Rollen ausgebildeten zweiten Aufnahmemitteln 13, 13' abgelegt ist. Die Bremsscheiben 10, 11 befinden sich durch die vorgenommene Positionierung innerhalb der Erfassungsbereiche 5 beziehungsweise 6. Die als Laserlinien-Abstandssensor ausgebildeten Lasersensoren 14, 14', 14", 15, 15', 15" sind beispielhaft entlang eines gedachten Kreisumfangs positioniert, der mit den Bremsscheiben dieselbe Rotationsachse aufweist. Auf dem Kreisumfang ist die Anordnung der Lasersensoren 14, 14', 14", 15, 15', 15" derart gewählt, dass jeder der drei Lasersensoren 14, 14', 14" und jeder der drei Lasersensoren 15, 15', 15" zur Ermittlung der Lage der jeweils benachbart positionierten Bremsscheibe diese mit von den Lasersensoren ausgegebener Messstrahlungen 16, 16', 16", 17, 17', 17" beaufschlagt und die von der Bremsscheibe reflektierte Laserstrahlung wieder detektiert sowie der jeweilige Lasersensor aus Abstand zwischen Emissionspunkt und Detektionspunkt mittels Triangulation den Abstand des jeweiligen Lasersensors mit der Bremsscheibe ermittelt.
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Das bedeutet für das Beispiel der Bremsscheibe 10 insbesondere, dass die Positionierungen der Lasersensoren 14, 14', 14" auf dem Kreisumfang derart auf die Bremsscheibe 10 abgestimmt sind, dass ungestörte Reflektionen zu erwarten sind; beispielsweise kann eine entsprechende Berücksichtigung einer Bremse vorgesehen sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Positionierungen der Lasersensoren 14, 14', 14" wie auch der Lasersensoren 15, 15', 15" vor der Durchführung einer Messung manuell änderbar sind, um eventuell unterschiedliche Ausgestaltungen der Bremsscheiben beziehungsweise gegebenenfalls der Bremse zu berücksichtigen. Dadurch, dass die erste Bremsscheibe 10 im ersten Erfassungsbereich 5 angeordnet ist sowie die zweite Bremsscheibe 11 im zweiten Erfassungsbereich 6 angeordnet ist, der Erfassungsbereich infolge entsprechender Auswahl und Positionierungen der Lasersensoren 14, 14', 14" und 15, 15', 15" die Tiefenschärfe an der vorgesehenen Position der Bremsscheibe bereitstellt und die optischen Wege zwischen den Lasersensoren 14, 14', 14" und erster Bremsscheibe 10 beziehungsweise zwischen Lasersensoren 15, 15', 15" und zweite Bremsscheibe 11 nicht blockiert sind, kann die Lage der Bremsscheiben im Raum von den Sensoren bestimmt werden. Dadurch, dass die Erfindung die Fixierung der Mehrlenkerhinterachse 2 und die Bereitstellung von Lasersensoren 14, 14', 14" und 15, 15', 15" mit geeigneten Eigenschaften der Abstandsdetektion unabhängig und insbesondere in bewegungsentkoppelter Weise vorsieht, ist die Ermittlung der Lage der Bremsscheiben 10 und 11 in der geforderten Genauigkeit von typischerweise weniger als 10 Winkelminuten selbst bei Bremsscheibendurchmessern von weniger als 30 cm und sogar weniger als 25 cm möglich. Die durch die Erfindung bereitgestellte Lageerfassungsgenauigkeit ist derart hoch, dass auch Nabenflächen mit ihren vergleichsweise geringen Durchmessern zur Lagebestimmung ausreichend sind.
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1c ist der Hinterachseinstellstand 1 ohne eingespannte Mehrlenkerhinterachse in einer Seitendarstellung zu entnehmen. 1d ist dieselbe Hinterachseinstellstand 1 mit eingespannter Mehrlenkerhinterachse 2 in einer Seitendarstellung zu entnehmen, es handelt sich also um eine Seitendarstellung der in 1b bereits in Aufsicht dargestellten Situation. Infolge der unterschiedlichen perspektivischen Darstellung der 1d gegenüber der 1b, ist ersterer zu entnehmen, wie die Bremsscheiben 10 und 11 auf den Rollen 12' und 13' abgelegt sind, wobei die Rollen 12 und 12 in der gewählten Perspektive verdeckt sind. Weiterhin ist schematisch dargestellt, wie die Laserstrahlen 16, 16', 16", 17, 17' und 17' emittiert, reflektiert und wieder detektiert werden. Aufgrund der perspektivischen Darstellung sind in 1d jeweils nur zwei der drei vorhandenen Lasersensoren jeder der beiden Lageerfassungsanordnungen 3, 4 dargestellt.
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2 ist eine konkrete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hinterachseinstellstands 1 zu entnehmen. Der Hinterachseinstellstand 1 weist einen Grundrahmen 18 auf, an dem ein eingehängter Zwischenrahmen 19 und Federlasteinheiten 20, 21 angeordnet sind. Der Hinterachseinstellstand 1 weist außerdem Spanneinheiten 7 und 7' sowie - in der dargestellten Perspektive - 7" und 7"' auf. In dem Hinterachseinstellstand 1 ist eine Mehrlenkerhinterachse 2 eingespannt, von welcher die erste Radnabe 8 und die erste Bremsscheibe 10 an dem ersten Haltemittel 12, 12' aufliegend zu erkennen sind.
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Der in 3 dargestellte Ausschnitt des Hinterachseinstellstands 1 der 2 zeigt die Spanneinheiten 7' und 7"' (Spanneinheiten 7" und 7"" sind in der perspektivischen Darstellung wiederum nicht zu erkennen), die an dem Zwischenrahmen 19 befestigt sind und die Mehrlenkerhinterachse 2 halten. Die Mehrlenkerhinterachse 2 ist durch die Spanneinheiten 7', 7", 7"', 7"" und die ersten Haltemittel 12, 12' sowie die zweiten Haltemittel 13, 13' zur Bestimmung der Lage der Bremsscheiben durch die als Laserlinien-Abstandssensor ausgebildeten Lasersensoren positioniert. Es sind Lasersensor 14', 14" abgebildet, der auf die in dem ersten Erfassungsbereich 5 befindliche erste Bremsscheibe 10 ausgerichtet ist. Auf der anderen Seite der axialen Erstreckung der Mehrlenkerhinterachse 2 sind zwei weitere, ebenfalls als Laserlinien-Abstandssensor ausgebildete, Lasersensoren 15, 15', 15" dargestellt, welche auf die zweite Bremsscheibe 11 gerichtet sind.
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Der bezüglich der Papierebene links dargestellte Bereich der 3a ist in 3b vergrößert dargestellt, um einzelne Details zu verdeutlichen. Insbesondere ist zu erkennen, dass das erste Aufnahmemittel als erste Rolle 12 und zweite Rolle 12' ausgebildet ist.
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4 ist eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Haltevorrichtung 7 des Hinterachseinstellstands 1 der 2 und 3 zu entnehmen. Die an dem Hinterachseinstellstand 1 befestigten Laserlinien-Abstandssensoren 14, 14' und 14" der ersten Lageerfassungsanordnung sind abgebildet. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Lasersensoren 14, 14', 14" von der Haltevorrichtung 7, und somit auch von den Aufnahmemitteln 12, 12', bewegungsentkoppelt an dem Hinterachseinstellstand 1 angebracht sind, wobei allerdings die Anbringungsflächen der Lasersensoren 14, 14', 14" aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
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5a ist eine andere Ausgestaltung eines Hinterachseinstellstands 1 zu entnehmen. 5a zeigt einen als sogenannter Notstrategietisch ausgeführten Hinterachseinstellstand 1. Der Notstrategietisch ist eine Tischanlage, welche im Gegensatz zu dem Hinterachseinstellstand 1 der 2 bis 4 manuell zu bedienen ist, jedoch bei im Vergleich geringerer Durchführungseffizienz. Notstrategietische werden üblicherweise als Backup-Lösung für den Fall eines Ausfalls der automatischen oder halbautomatischen Hinterachseinstellstände verwendet. Der Notstrategietisch ist in 5a mit einem eingespannten sogenannten Einrichtmeister 21 dargestellt, der ein Kalibrierideal einer Mehrlenkerhinterachse repräsentiert. Der Einrichtmeister ist anstelle der Mehrlenkerhinterachse in den Notstrategietisch eingespannt. Der Einrichtmeister weist als jeweils perfekt plan anzusehende Radnaben 8 und 9 sowie Bremsscheiben 10 und 11 auf. Wie insbesondere der perspektivischen Darstellung der 5b zu entnehmen ist, weist auch der Notstrategietisch 1 an jeder Messeite drei als Laserlinien-Abstandssensoren ausgebildete Lasersensoren 14, 14' und 14" sowie 15, 15' und 15" auf, welche innerhalb eines ersten Erfassungsbereichs 5 und eines zweiten Erfassungsbereichs 6 zur hochgenauen Bestimmung der Lage der Bremsscheiben 10, 11 oder, in einer anderen Ausführung, der Radnabenflächen in der Lage sind. Die prinzipielle Funktionsweise ist dabei sowohl mit derjenigen des in 1a bis 1d schematisch dargestellten Einstellstands als auch mit der des in 2 bis 4 dargestellten Hinterachseinstellstands identisch.
