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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufrolleneinheit, insbesondere für einen Rollenprüfstand, umfassend eine als innenverstärkter zylindrischer Hohlkörper ausgebildete Laufrolle, deren Mantelfläche zur Drehübertragung mit mindestens einem Fahrzeugrad zusammenwirkt. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Rollenprüfstand, der mit mindestens einer solchen Laufrolleneinheit ausgestattet ist, sowie auch ein Verfahren zur Herstellung einer Laufrolle für diese Laufrolleneinheit.
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Das Einsatzgebiet von Laufrolleneinheiten der hier interessierenden Art erstreckt sich vornehmlich auf Prüfstände für Kraftfahrzeuge, mit welchen Kräfte und/oder Momente gemessen werden, welche beim Beschleunigen und/oder beim Bremsen des Kraftfahrzeugs auf die Radaufstandsflächen des Fahrzeugrades wirken. Insbesondere bei Rollenprüfständen erfolgt die Messung der wirkenden Kräfte drehmomentbasiert. Ein Fahrzeugrad steht hierbei auf einer Laufrolle, die als Messaufnehmer dient und mit einer aus dem Stand der Technik an sich bekannten Messsensorik, insbesondere einer Kraftsensorik, ausgestattet ist. Daneben ist die erfindungsgegenständliche Laufrolleneinheit auch für andere Prüfstände, beispielsweise auch für Fahrzeugakustik-Prüfstände geeignet, bei denen die Laufrolle eine Fahrbahnoberfläche und deren akustische Eigenschaften im Zusammenwirken mit einem Fahrzeugrad imitiert.
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Die
EP 2 626 684 B1 offenbart einen Prüfstand für ein Fahrzeugrad, der hier dem Auswuchten eines auf eine Felge aufgezogenen Reifens dient. Auch bei diesem Prüfstand kommt eine Laufrolle zum Einsatz, deren Mantelfläche zur Drehübertragung mit mindestens einem Fahrzeugrad zusammenwirkt. Die Laufrolle ist mit einer Belastungssensorik ausgestattet, um Drehungleichförmigkeiten des Fahrzeugrades aufzunehmen und einer Auswertung zuzuführen.
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Die aus dem Stand der Technik allgemein bekannten Laufrollen für derartige Prüfstände, insbesondere Rollenprüfstände, werden gewöhnlich als Schweißkonstruktionen oder Gusskonstruktionen ausgeführt oder auch aus einem Vollmaterial als Halbzeug durch mechanische Bearbeitung, vorzugsweise Zerspanen, hergestellt. Zur Erzielung von aus messtechnischen Gründen erforderlichen hochdynamischen Eigenschaften sollte eine Laufrolle eines Prüfstands eine möglichst geringe Eigenmasse aufweisen. Hierfür weisen Schweiß- oder Gusskonstruktionen gewöhnlich einen innenliegenden Hohlraum auf; aus fertigungstechnischen Gründen sind komplexe Hohlraumstrukturen jedoch nicht umsetzbar. Außerdem weisen Gusswerkstoffe bzw. Schweißverbindungen recht ungünstige Festigkeitseigenschaften auf, so dass relativ dicke Wandstärken erforderlich sind, welche zu einer ungünstig hohen Bauteilmasse führen. Ferner neigen Schweiß- oder Gusskonstruktionen prinzipiell zu Drehungleichförmigkeiten, die in weiteren Herstellungsschritten ausgeglichen werden müssen, beispielsweise durch einen örtlichen Materialabtrag oder der Anbringung von Ausgleichsmassen am Rollenumfang.
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Im Falle der Herstellung einer Laufrolle durch mechanische Bearbeitung eines einstückigen Vollmaterials als Halbzeug lassen sich Hohlraumstrukturen nicht erzeugen. Denn die Zuführung eines Fräsers oder dergleichen erfordert stets eine Zugänglichkeit von außen. Derart hergestellte Laufrollen bilden also stirnseitig offene Zylinderkörper, an denen sich innenseitig Ablagerungen bilden können, welche sich wiederum ungünstig auf die Rotationseigenschaften der Laufrolle auswirken können. Außerdem verursachen derartige stirnseitig offene Strukturen einen nachteilhaften Radiallüftereffekt, der Messergebnisse verfälschen kann.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laufrolleneinheit der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass sich deren Laufrolle fertigungstechnisch einfach herstellen lässt und durch günstige Leichtbaueigenschaften zur Verwendung in einem hochdynamischen Messsystem auszeichnet.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Laufrolleneinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Der Anspruch 13 gibt ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Laufrolle an und die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Laufrolle aus mehreren, durch eine Trennebene T aufgeteilte Rollenschalen, vorzugsweise zwei Rollenschalen, zusammengesetzt ist, welche jeweils eine innere Hohlräume ausbildende Innenverstärkungsstruktur aufweisen. Diese Innenverstärkungsstruktur ist vorzugsweise in Form einer Waben-, Rippen- oder Gitterstruktur ausgebildet. Dabei kann eine als Gitterstruktur ausgebildete Innenverstärkungsstruktur aus mehreren Radialstegen und mindestens einem sich hiermit kreuzenden Ringsteg bestehen, um eine stabile Innenverstärkung zu schaffen. Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar und hinreichend, eine nur als Rippenstruktur ausgebildete Innenverstärkungsstruktur zu verwenden. Diese besteht vorzugsweise nur aus mehreren quer zum Umfang verteilt angeordneten Radialstegen. Eine derartige Rippenstruktur führt gegenüber einer Gitterstruktur zu einer weiteren Gewichtseinsparung der Laufrolle.
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Die Laufrolle lässt sich fertigungstechnisch derart einfach herstellen, indem zunächst eine spanende Bearbeitung eines im wesentlichen zylindrischen Halbzeugs zur Herstellung der vorzugsweise zwei Laufrollenschalen mit Innenverstärkungsstruktur erfolgt. Die Innenverstärkungsstruktur kann dabei beispielsweise durch Fräsen oder dergleichen gefertigt werden. Anschließend werden die zwei vorzugsweise baugleichen Laufrollenschalen derart miteinander verbunden, dass ein geschlossener Hohlkörper entsteht, dessen Innenverstärkungsstruktur vollständig innenliegend und damit geschützt vor äußeren Umwelteinflüssen in der Laufrolle untergebracht ist.
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Neben der einfachen nur wenige Fertigungsschritte beinhaltenden Herstellung zeichnet sich die erfindungsgemäße Laufrolleneinheit durch eine extrem niedrige Eigenmasse sowie daraus resultierenden geringen Massenträgheitsmomenten und gleichzeitig hoher Bauteilsteifigkeit aus. Hierdurch wird eine extreme Beschleunigungen der Laufrolleneinheit in translatorischer oder auch in rotatorischer Richtung möglich und gleichzeitig ist eine hohe Eigenfrequenz des innenverstärkten zylindrischen Hohlkörpers erzielbar, welche keine ungünstigen Resonanzerscheinungen bei der messtechnischen Anwendung innerhalb eines Rollenprüfstandes hervorruft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer im Rahmen der Laufrolleneinheit zum Einsatz kommenden Laufrolle wird vorgeschlagen, dass die Trennebene T zwischen den vorzugsweise zwei Rollenschalen senkrecht zur Rotationsachse A der Laufrolle verläuft. Jede Rollenschale weist insoweit eine in etwa topförmige Gestalt mit Innenverstärkungsstruktur auf. Dies bildet die Voraussetzung dafür, dass jede Stelle des Schaleninnenraums von einem Fräswerkzeug oder dergleichen zur spanenden Bearbeitung optimal erreichbar ist. Vorzugsweise verläuft die Trennebene T derart mittig in Bezug auf die Axialerstreckung der Laufrolle, dass als Rollenschalen zwei baugleiche Rollenhälften gebildet werden. Hieraus werden die insoweit fertigungsökonomisch optimiert hergestellten Rollenschalen zur Laufrolle zusammensetzen.
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Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die die Rollenschalen zusammenhaltende Verbindung vorzugsweise als lösbare Schraubverbindung ausgeführt wird, welche beispielsweise über mehrere Zugankerverschraubungen realisiert werden kann, deren Zuganker achsparallel zur Rotationsachse A der Laufrolle verlaufen und auf einem Teilkreis des Umfangs der Laufrolle in beispielsweise äquidistanten Abständen verteilt sein können. Hierdurch erzeugt die Verschraubung keine Drehungleichförmigkeit.
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Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Mantelfläche der Laufrolle nach deren Montage mit austauschbaren Rollensegmenten versehen wird, deren Oberfläche eine Fahrbahnoberfläche, beispielsweise eine Asphaltfahrbahn, strukturell und/oder materiell nachbildet. Durch die Austauschbarkeit der Rollensegmente lassen sich verschiedenartige Fahrbahnoberflächen simulieren. Dabei sollten die Rollensegmente ebenfalls als innenverstärkte Schalen- oder Hohlkörper ausgebildet sein, um mit der Laufrolle vergleichbare Leichtbaueigenschaften zu erzielen. Um ein Abheben der Rollensegmente unter Fliehkraft zu verhindern, wird ferner vorgeschlagen, dass die Rollensegmente elastisch unter Vorspannung auf der Mantelfläche der Laufrolle zur Auflage kommen, beispielsweise hierauf über eine Elastomerzwischenlage oder dergleichen aufgeschraubt sind. Daneben ist es auch möglich, bei der Laufrolle auf eine geschlossene äußere Mantelfläche zu verzichten; diese wird in diesem Fall erst durch die aufgebrachten Rollensegmente gebildet. Es ist beispielsweise hinreichend, einen umlaufenden Ring auf den Außenumfang der Laufrolle aufzubringen, auf dem sich die aufzubringenden Rollensegmente abstützen können.
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Vorzugsweise bestehen die Laufrollenschalen und/oder die Rollensegmente aus einem spanend bearbeitbaren Leichtmetallwerkstoff oder Verbundwerkstoff, beispielsweise einem Faserverbundwerkstoff. Im Falle eines Leichtmetallwerkstoffs wird vorgeschlagen, dass ein Aluminiumknetwerkstoff zum Einsatz kommt. Ein solcher Aluminiumknetwerkstoff ist für eine Kalt- oder Warmumformung geeignet und außerdem zerspanbar. Letzteres ist für die Herstellung der Innenverstärkungsstruktur für die Laufrolle bzw. das Rollensegment günstig. Das geringe spezifische Gewicht einer Aluminiumlegierung ist ferner für die gewünschten Leichtbaueigenschaften der Bauteile zuträglich.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargelegt. Es zeigt:
- 1 eine schematisch perspektivische Darstellung eines Teils eines Rollenprüfstandes, der mit zwei Laufrolleneinheiten ausgestattet ist,
- 2 einen Teilschnitt durch eine aus zwei Rollenschalen zusammengesetzte Laufrolle,
- 3 eine Seitenansicht auf die Innenseite einer Rollenschale einer Laufrolle aus 2,
- 4 eine schematische Seitenansicht einer mit außenumfänglichen Rollensegmenten bestückten Laufrolle, und
- 5 eine Seitenansicht auf die Innenseite einer Rollenschale einer Laufrolle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Gemäß 1 besteht ein hier teilweise schematisch dargestellter Rollenprüfstand zur Leistungsmessung eines - hier ebenfalls nicht weiter dargestellten - Fahrzeugs aus zwei beabstandet parallel zueinander angeordneten Laufrollen 1a und 1b, welche jeweils über eine Drehlagerung 2 (exemplarisch) drehbar an einer Tragstruktur 3 zur Bildung einer Laufrolleneinheit gelagert sind. Jede Laufrolle 1a (exemplarisch) weist eine äußere Mantelfläche 4 auf, welche zur Drehübertragung mit einem Fahrzeugrad zusammenwirkt.
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Gemäß 2 ist die exemplarische Laufrolle 1a aus zwei, durch eine Trennebene T aufgeteilten Rollenschalen 5a und 5b zusammengesetzt, welche im montierten Zustand innere Hohlräume 6 innerhalb des im montierten Zustand entstehenden zylindrischen Hohlkörpers ausbilden.
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Die Trennebene T zwischen den beiden hier baugleichen Rollenschalen 5a und 5b verläuft senkrecht zu einer Rotationsachse A der Laufrolle 1a. Beide Laufrollenschalen 5a und 5b sind über eine - hier nicht weiter dargestellte - Schraubverbindung lösbar aneinander befestigt.
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Gemäß 3 weist die exemplarische Rollenschale 5a eine die besagten inneren Hohlräume 6 ausbildende Innenverstärkungsstruktur auf, welche hier in Form einer Gitterstruktur gestaltet ist und insoweit entlang des Umfangs in äquidistanten Abständen zueinander beabstandet angeordneten Radialstege 7 sowie sich hiermit kreuzende und ebenfalls in äquidistanten Abständen zueinander angeordneten Ringstege 8 gebildet ist.
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Gemäß 4 ist die Mantelfläche 4 der exemplarischen Laufrolle 1a außenumfänglich mit mehreren Rollensegmenten 9 versehen, welche elastisch unter Vorspannung auf die Mantelfläche 4 der Laufrolle 1a zur Auflage kommen. Die einem Fahrzeugrad 10 zugewandte Oberfläche der Rollensegmente 9 ist mit einer Strukturierung versehen, welche eine Fahrbahnoberfläche zur Erzielung realitätsnäher Messergebnisse, insbesondere für eine Akustikmessung, nachbildet.
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Nach 5 besteht eine alternative Innenverstärkungsstruktur einer exemplarischen Rollenschale 5a' lediglich aus einer Rippenstruktur. Diese Rippenstruktur ist aus mehreren Radialstegen 7' gebildet, welche sich äquidistant beabstandet zueinander in Radialrichtung im Innenraum der Rollenschale 5a' erstrecken.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise nicht zwingend, dass die Trennebene T derart verläuft, dass zwei baugleiche Trommelhälften entstehen. Vielmehr entspricht es dem allgemeinen Erfindungsgedanken, mit einer Innenverstärkungsstruktur versehene topfförmige Rollenschalen auszubilden, welche im montierten Zustand einen geschlossenen Hohlkörper bilden. Ebenso ist es nicht zwingend, dass die Befestigung der Rollenschalen über eine Zugankerverschraubung stattfindet. Diese können auch durch eine andere, vorzugsweise lösbare Verbindung oder durch eine stoffschlüssige Verbindung aneinander befestigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufrolle
- 2
- Drehlagerung
- 3
- Tragstruktur
- 4
- Mantelfläche
- 5
- Rollenschale
- 6
- Hohlraum
- 7
- Radialsteg
- 8
- Ringsteg
- 9
- Rollensegment
- 10
- Fahrzeugrad
- T
- Trennebene
- A
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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