DE102017223208A1

DE102017223208A1 - Rad- und Reifenprüfstand und Verfahren zur Durchführung einer Rad- und Reifenprüfung

Info

Publication number: DE102017223208A1
Application number: DE102017223208.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Josef KRAUS
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') zur Pannenlaufprüfung und Charakterisierung von Pannenlaufeigenschaften, mit- einer um eine Rotationsachse (a) rotierbaren ersten Felgenaufnahme (3) zur Aufnahme eines Prüfrades (5'), gebildet zumindest aus einem auf einer Prüffelge oder Fahrzeugfelge (8) montierten Prüfreifen (5),- einem um eine Rotationsachse (a) rotierbaren Gegenelement, in welchem das Prüfrad (5') abrollt,- wobei das um eine Rotationsachse (a) rotierbare Gegenelement ein auf einer zweiten Felgenaufnahme (4) aufgenommenes Gegenläuferrad (6'), gebildet aus einem auf einer Felge montierter Gegenläuferreifen (6), ist, und- wobei der Gegenläuferreifen (6) im Laufstreifen (13) eine zentral umlaufende Vertiefung (13a) aufweist, in welcher der Prüfreifen (5) abrollbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rad- und Reifenprüfstand und ein Verfahren zur Durchführung einer Rad- und Reifenprüfung.
Ein zu prüfendes Rad umfasst im Wesentlichen eine Felge, einen Fahrzeugluftreifen, ein Pannenlaufstützelement oder einen Spannring, Hilfsmittel, die zum Zusammenbau des Rades benötigt werden, gegebenenfalls Verbindungs- und Befestigungselemente und Gleit- bzw. Schmiermittel, die am Reifen aufgebracht werden.
Es ist bekannt, dass auch integrierte, luftlos ausgelegte Radsysteme und -Konzepte, z.B. mit flexiblen Speichen, sogenannte „Airless Tires“ („Rubber spokes give bounce to airless tires“, Popular Science, 15. Mai 1938), mit Rad- und Reifenprüfständen geprüft werden können.
Aus der DE 1 233 620 B ist es bekannt, mittels eines Trommelprüfstandes dynamische Veränderungen eines Fahrzeugluftreifens im Latsch zu erfassen und anschließend zu analysieren, um Aussagen bezüglich bestimmter Zustände des Reifens treffen zu können. Zu den dynamischen Veränderungen des Reifenprofils gehören insbesondere dynamische Reifenschlupfbewegungen in allen Punkten der Aufstandsfläche des Reifens bei unterschiedlichen Lasten, Sturz-, Schräglaufwinkeln, Momenten und Geschwindigkeiten, ebenso wie die dynamische Kontur des Reifens und der Bodenaufstandsfläche insgesamt oder partiell im Latsch. Ebenso gehört hierzu die vertikale Aufstandsdruckverteilung, und zwar in dynamischer wie in statischer Hinsicht.
Aus der DE 9 104 721 U1 ist es bekannt, mittels eines Trommelprüfstandes Dauerbelastungsprüfungen bei konstanter oder variabler Rotationsgeschwindigkeit des Prüfreifens bis zu dessen Ausfall durchzuführen. Bei derartigen Trommelprüfständen wird im Allgemeinen die Trommel des Prüfstandes angetrieben, wobei der Prüfstand häufig derart aufgebaut ist, dass gleichzeitig mehrere Reifen an einer Trommel prüfbar sind. Der Prüfreifen ist über die Felgenaufnahme und seine Felge mit einer Last beaufschlagbar, wobei die Prüfreifen mit einer konstanten oder einer variablen Last bis zum Ausfall geprüft werden. Der Ausfall eines Prüfreifens wird zum Beispiel über ein Kamerasystem, einen Beulenfänger oder den plötzlichen Verlust des Reifendruckes festgestellt. Nach dem Ausfall wird der Prüfreifen automatisch von der Trommel weggefahren.
Eine weitere bekannte Prüfung für PKW- Reifen ist die „Laufbandprüfung“, bei welcher der Prüfstand eine „Flachbahn-Reifenprüfmaschine" ist, wie sie beispielsweise der ATZ Automobil-Technische Zeitschrift 91 (1989, Heft 1, Seiten 25 bis 32) entnehmbar ist.. Bei dieser Prüfung sind insbesondere die sehr hohen Instandhaltungskosten für den Prüfstand von Nachteil.
Ein Rad- und Reifenprüfstand und ein Verfahren zur Reifenprüfung, welcher bzw. welches sich zur Simulation eines Seitenwandversagens eignet („Zipper-Break“), ist beispielsweise aus der EP 1 192 436 B1 bekannt. Der Rad- und Reifenprüfstand und das Verfahren sind insbesondere für Tests an zur Doppelbereifung vorgesehenen Schwerlastreifen („Zwillingsreifen“) geeignet. Weisen solche Zwillingsreifen unterschiedliche Luftdrücke auf, kann dies dazu führen, dass sich die Reifen im Bereich ihrer Seitenwände kontaktieren („kissing“), was zum Seitenwandversagen und zum Platzen der Schwerlastreifen führen kann. Der Rad- und Reifenprüfstand weist eine Felgenaufnahme und eine rotierbare Trommel auf. Mittels eines auslenkbaren, scheibenartigen Manipulators wird eine der Seitenwände des aufgenommenen Reifens beaufschlagt, wodurch „kissing“ simuliert wird.
Prüfstände mit rotierbaren Trommeln, insbesondere mit Trommeln mit einem Durchmesser von höchstens 2,0 m, übertragen bei einer Pannenlaufprüfung die Krümmung der Trommel auf das befülldrucklose Prüfrad, sodass das im Prüfrad eingebrachte Pannenlaufstützelement besonders großen Kräften ausgesetzt ist. Diese führen dazu, dass das Pannenlaufstützelement übermäßige Verformungen erfährt, die nicht dem Pannenlaufzustand auf einem Fahrzeug entsprechen und welche bereits nach kurzer Zeit, unabhängig vom Material des Pannenlaufstützelementes, zu einer vollständigen Zerstörung des Pannenlaufstützelementes im Rad bzw. im Reifen führen. Auch Pannenlaufstützelemente, die im Wesentlichen aus Elastomermischungen aufgebaut sind, werden in gleicher Weise im Rad bzw. im Reifen zerstört.
Pannenlaufprüfungen werden bislang auch unmittelbar mit einem Fahrzeug durchgeführt, wobei verschiedene Methoden bekannt sind. Bei diesen Methoden sind die Prüfergebnisse meist nur auf mangelhafte Weise reproduzierbar, insbesondere durch die Vielzahl der gegebenen Randbedingungen. Zu den Randbedingungen zählen insbesondere der Wettereinfluss, der Fahrzeugeinfluss, insbesondere durch das Fahrwerk, der Fahrereinfluss und die unterschiedlichen Antriebstypen (Frontantrieb, Hinterradantrieb oder Allradantrieb). Ferner besteht ein relativ hohes Verletzungsrisiko für den Fahrer und das Fahrzeug kann während des Tests beschädigt werden. Des weiteren sind eine entsprechende Teststrecke, ein ausgebildeter Fahrer sowie entsprechende Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise Löschvorrichtungen oder Löschfahrzeuge, erforderlich. Der Zeitaufwand zur Planung und zur Durchführung einer solchen Pannenlaufprüfung ist somit enorm und die damit verbundenen Kosten sind entsprechend hoch.
Die bisher bekannten Reifenprüfstände, die eine umfassende Reifenprüfung gestatten, sind nur zur Prüfung von PKW-Reifen ausgelegt. Reifenprüfverfahren, welche sich zur Pannenlaufprüfung von Reifen größerer Dimensionen eignen, beispielsweise für Nutzfahrzeugreifen, sind derzeit nicht bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Pannenlaufprüfungen insbesondere für größer dimensionierte Reifentypen mittels eines Rad- und Reifenprüfstand zu ermöglichen, wobei insbesondere die Kosten der Prüfung gering sein sollen und die Prüfung mit hoher Reproduzierbarkeit und ohne Fahrzeug durchführbar sein soll.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Rad- und Reifenprüfstand mit

- einer um eine Rotationsachse rotierbaren ersten Felgenaufnahme zur Aufnahme eines Prüfrades, gebildet zumindest aus einem auf einer Prüffelge oder Fahrzeugfelge montierten Prüfreifen,
- einem um eine Rotationsachse rotierbaren Gegenelement, in welchem das Prüfrad abrollt,
- wobei das um eine Rotationsachse rotierbare Gegenelement ein auf einer zweiten Felgenaufnahme aufgenommenes Gegenläuferrad, gebildet aus einem auf einer Felge montierter Gegenläuferreifen, ist, und
- wobei der Gegenläuferreifen im Laufstreifen eine zentral umlaufende Vertiefung aufweist, in welcher der Prüfreifen abrollbar ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Rad- und Reifenprüfstand ist daher keine Trommel vorgesehen, der Prüfreifen rollt am Laufstreifen eines Gegenläuferreifens ab, an welchem er in einer zentral umlaufende Vertiefung geführt wird. Obwohl am Prüfstand auch Reifen großer Dimensionen, wie zum Beispiel Nutzfahrzeugreifen, MPT-, MIL-, EM- und OTR-Reifen geprüft werden können, weist der Prüfstand einen kompakten Aufbau auf. Der Prüfstand ermöglicht bei vergleichsweise geringen Kosten Prüfungen unter standardisierten Bedingungen mit hoher Reproduzierbarkeit der Prüfbedingungen. Außerdem eignet sich der Prüfstand für Hochgeschwindigkeitsprüfungen bis 150 km/h für LKW-Reifen. Die Geschwindigkeit wird hierbei üblicherweise konstant gehalten bis das Prüfrad ausfällt. Da der Prüfreifen in einer umlaufenden Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifes abrollt, ist der Prüfreifen besonders sicher geführt.
Bevorzugter Weise ist der Reifenprüfstand von einem Käfig umgeben. Dadurch sind auf besonders zuverlässige Weise ein durch äußere Einflüsse störungsfreier Prüfungsablauf und der Personenschutz gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist zumindest eine der Felgenaufnahmen in Rotationsbewegung versetzbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind beide Felgenaufnahmen in Rotationsbewegung versetzbar. Dadurch ist eine besonders vielseitige und variable Prüfung möglich.
Es ist bevorzugt, wenn zumindest eine der Felgenaufnahmen eine Bremse zum Abbremsen des rotierenden Reifens umfasst, wobei vorzugsweise die jeweils andere Felgenaufnahme in Rotationsbewegung versetzbar ist. Durch die Bremse kann die Umdrehungsgeschwindigkeit der Reifen auf schnelle und sichere Weise reduziert werden, sodass eine zügig Prüfung bzw. zügig hintereinander mehrerer Prüfzyklen bei unterschiedlichen Umdrehungsgeschwindigkeit möglich sind. Ist die jeweils andere Felgenaufnahme in Rotationsbewegung versetzbar können besondere Verformungszustände sowie dynamische Änderungen der Verformungszustände, insbesondere des Prüfreifens und des Pannenlaufstützelementes im Pannenlaufzustand, auf sehr reproduzierbare Weise erzeugt werden.
Die Handhabung und Bedingung des Rad- und Reifenprüfstand ist besonders einfach und komfortabel, wenn zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen gegenüber der anderen verschiebbar ist.
Besondere Sturzeinstellungen der Räder sind möglich, wenn zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen derart kipp- bzw. verfahrbar ist, dass ihre Rotationsachse gegenüber der Rotationsachse der anderen Felgenaufnahmen um ±4° orientierbar ist, wobei sich die Rotationsachsen in einer gemeinsamen Ebene befinden.
Im Hinblick auf die Führung des Gegenläuferreifens am Prüfreifen, ist es vorteilhaft, wenn die Vertiefung im Laufstreifens des Gegenläuferreifens an der Laufstreifenperipherie in axialer Richtung eine Breite aufweist, welche 5,0 mm bis 15,0 mm größer als die Bodenaufstandsflächenbreite des Prüfreifens. In einer derart ausgeführten Vertiefung können die Prüfreifen besonders einfach positioniert und geführt und sicher geprüft werden. Ferner lässt sich dadurch der Prüfreifen auf besonders sichere Weise gegenüber der Vertiefung ausrichten. Insbesondere ist eine Pannenlaufprüfung mit einem solchen Gegenläuferreifen sehr gut reproduzierbar.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Laufstreifen des Gegenläuferreifens im Bereich der Vertiefung in radialer Richtung an seiner dicksten Stelle eine Dicke von höchstens 5,0 mm, insbesondere von höchstens 4,0 mm, und besonders bevorzugt von 4,0 mm oder von 5,0 mm, aufweist. Ein solcher Laufstreifen weist eine gute Stabilität auf, was ebenfalls für due Reproduzierbarkeit der Pannenlaufprüfung vorteilhaft ist.
Eine besonders stabile und genau Führung des Prüfreifens in der Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifens ist möglich, wenn der Laufstreifen des Gegenläuferreifens an seinen Rändern jeweils einen in Umfangsrichtung umlaufenden Steg aufweist, welcher an seiner Oberfläche in axialer Richtung eine Breite von mindestens 7,0 mm aufweist. Ein Steg einer solchen Breite weist eine hohe Quersteifigkeit auf und unterstütz die Führung des Prüfreifens.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn die Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifens, im Querschnitt betrachtet, durch einen Boden und durch Seitenflächen begrenzt ist, wobei an den Rändern des Bodes zu den Seitenflächen Rundungen mit einem Radius von 2,0 mm bis 6,0 mm ausgebildet sind.
Ferner ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn der Gegenläuferreifen an der Peripherie seines Laufstreifens um mindestens 25,0 mm, insbesondere um mindestens 40,0 mm, breiter ist als die Bodenaufstandsfläche des Laufstreifens des Prüfreifens. Ein solcher Gegenläuferreifen ist im Bereich seines Laufstreifens besonders stabil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist am Rad- und Reifenprüfstand zumindest einer der folgenden auslenkbaren Manipulatoren zum Ausüben einer auf die Seitenwand des Prüfreifens wirkenden Kraft vorgesehen:

• Seitenwand- und Wulstmanipulator,
• Manipulator am beim Gegenläuferreifen liegenden Einlaufbereich des Prüfreifens,
• Manipulator am beim Gegenläuferreifen liegenden Auslaufbereich des Prüfreifens.

Der Seitenwand- und Wulstmanipulator ermöglicht das Einbringen einer Kraft in Seitenwand/Wulstbereich um spezifische Schäden an der Karkasse und des Wulstes des Prüfreifens zu verursachen bzw. zu simulieren, wodurch besondere Prüfverfahren und Anwendungen ermöglicht sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist am Rad- und Reifenprüfstand zumindest eine der folgenden Messvorrichtungen vorgesehen:

• Temperaturmesser zur kontinuierlichen Messung der Temperatur an der Oberfläche der Lauffläche des Prüfreifens,
• Temperaturmesser zur kontinuierlichen Messung der Temperatur an der Oberfläche einer Seitenwand des Prüfreifens,
• Messeinrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens am Reifenzenit,
• Messeinrichtung(en) zur Bestimmung der axialen Schwingungen des Reifenkopfes des Prüfreifens, wobei die Messeinrichtung(en) vorzugsweise mit einer Abschaltvorrichtung zum Abschalten des Rad- und Reifenprüfstand gekoppelt sind.,
• ein Glanzmessgerät zur Messung des Glanzes der Oberfläche der Seitenwand der Prüfreifens,
• ein Pannenlaufmessgeräte am Einlauf- oder Auslaufbereich des Prüfreifens gegenüber dem Gegenläuferreifen zur Messung von Verformungen an den Seitenwänden des Prüfreifens,
• ein Seitenwandmessgerät zur Messung der Kontur einer Seitenwand des Prüfreifens in unbelastetem Zustand,
• ein Seitenwandmessgerät zur Messung der Kontur einer belasteten Seitenwand des Prüfreifens in belastetem Zustand.

Mit der Messeinrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens können optisch nachweisbare Verformungszustände des Prüfreifens und des Pannenlaufstützelementes aufgezeichnet und nachgewiesen werden. Mit der Messeinrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens am Reifenzenit kann ferner, vorausgesetzt es sind entsprechend Markierungen an den Rädern angebracht, der Abrollweg der Reifen errechnet werden. Mit der bzw. den Messeinrichtung(en) zur Bestimmung der axialen Schwingungen des Reifenkopfes des Prüfreifens kann eine zunehmende Beschädigung des Reifenkopfes, der Gürtellagen, des Laufstreifens, der Seitenwände und/oder der Karkasse, festgestellt werden.
Mittels des Glanzmessgerätes können während der Pannenlaufprüfung an den sich erwärmenden Seitenwänden stattfindende Depolymerisationsvorgänge des Gummimateriales der Seitenwand überwacht werden. Die sich erwärmende Seitenwand ist dabei ein Indikator für ein kurz bevorstehendes Seitenwandversagen bzw. einen ein kurz bevorstehendem Ausfall des Prüfreifens.
Aus den Messergebnissen der beiden Seitenwandmessgeräte kann die durch den Pannenlaufzustand bedingte Auslenkung der Seitenwand des Prüfreifens ermittelt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Reifenprüfung mit dem erfindungsgemäßen Rad- und Reifenprüfstand mit folgenden nacheinander ablaufenden Schritten:

a. Einstellen des Reifendruckes des Gegenläuferrades auf mindestens 6,5 bar und Einstellen des Reifendruckes des Prüfrades auf 60% bis 100% des Nennluftdruckes gemäß E.T.R.T.O.-Standards
b. Lagerung des Gegenläuferrades und des Prüfrades bei einer Temperatur von 20°C±2°C für mindestens drei Stunden,
c. Anbringen von Strichmarkierungen am Prüfrad und/oder am Gegenläuferrad, insbesondere an den Seitenwänden der Reifen und an den Felgen,
d. derartiges Einstellen des Reifendruckes des Gegenläuferades, dass die Latschlänge des Gegenläuferreifens dem 0,95-Fachen bis 1,05-Fachen der Latschlänge des inneren Latsches Li des reifendrucklosen Prüfreifens entspricht,
e. Montieren des Prüfreifens auf einer ersten Felgenaufnahme und Montieren des Gegenläuferreifens auf einer zweiten Felgenaufnahme,
f. aneinander Heranfahren von Prüfrad und Gegenläuferrad, sodass der Prüfreifen am Boden der Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifens abrollbar ist,
g. Auslassen der Luft aus dem Prüfrad,
h. Anfahren zumindest des Prüfreifens oder der Gegenläuferreifens,
i. Lastbeaufschlagung zumindest des Prüfrades oder des Gegenläuferrades, sodass der Prüfreifen und der Gegenläuferreifen aneinander abrollbar sind,
j. Rotieren des Prüfrades und des Gegenläuferrades bis zum Ende eines Prüfzyklus oder zum Ausfall des Prüfreifens.

Die Prüfung am erfindungsgemäßen Rad- und Reifenprüfstand zeichnet sich durch geringe Kosten und eine hohe Reproduzierbarkeit aus. Da keine Trommel, sondern ein Gegenläuferreifen verwendet wird, werden eine starke Verformung des Prüfreifens und des Pannenlaufstützelementes vermieden. Die Bodenaufstandsfläche und die Druckverteilung innerhalb der Bodenaufstandsfläche des Prüfreifens werden auf realitätsnahe Weise simuliert. Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut standardisieren und reproduzieren, wobei der Zeitaufwand zur Durchführung des Verfahrens gering ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine Ansicht auf einen Rad- und Reifenprüfstand gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
2 einen vereinfachten Teilquerschnitt durch einen Rad- und Reifenprüfstand im Pannenlaufzustand,
3 einen Latschabdruck eines Prüfreifens,
4 eine Querschnittskontur eines Gegenläuferreifens,
5 eine nicht maßstabsgetreue Seitenansicht auf den Rad- und Reifenprüfstand aus 1,
6 eine Frontansicht auf einen Rad- und Reifenprüfstand und
7 eine Ansicht auf einen Rad- und Reifenprüfstand gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.

Die Erfindung befasst sich mit einem Rad- und Reifenprüfstand, nachfolgend als Prüfstand bezeichnet, zur Pannenlaufprüfung und Charakterisierung von Pannenlaufeigenschaften und mit einem Verfahren zur Rad- und Reifenprüfung. Der Prüfstand und das Verfahren eignen sich insbesondere zur Prüfung von Nutzfahrzeugreifen, MPT-Reifen („Multi Purpose Tyres“, Reifen für Bau- und Forstmaschinen), MIL-Reifen (Reifen für Militärfahrzeuge), EM-Reifen („Earthmover“-Reifen, Reifen für Erdbewegungsmaschinen) und OTR-Reifen („Off the Road“-Reifen, beispielsweise Reifen für Minenfahrzeuge). Darüber hinaus ist der Prüfstand auch für weitere Reifentypen, insbesondere Reifen für Personenkraftwagen, Transporter, Light-Trucks und Luftlosreifen („Airless Tire“) geeignet. In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Richtungsangaben „axial“ und „radial“, wie üblich, auf die Reifenachse und die radiale Richtung der am Prüfstand montierten Reifen.
1 zeigt eine Ansicht auf einen Prüfstand 1, welcher von einem in 1 angedeuteten Käfig 2 umgeben ist, über welchen der Zugriff auf den Prüfstand 1 insbesondere in bekannter Weise möglich ist. Der Prüfstand 1 weist zwei übereinander angeordnete Felgenaufnahmen 3, 4 auf, welche ebenfalls lediglich angedeutet sind, wobei sich in 1 die Felgenaufnahme 4 unterhalb der Felgenaufnahme 3 befindet.
Auf der Felgenaufnahme 3 ist ein Prüfrad 5' um eine Rotationsachse a₁ rotierbar aufgenommen. Das Prüfrad 5' besteht aus einer nicht gezeigten Felge und einem auf der Felge montierten, zur Pannenlaufprüfung vorgesehenen Reifen 5, welcher im Nachfolgenden als Prüfreifen 5 bezeichnet ist. Der Prüfreifen 5 ist, wie noch genauer erläutertet wird, von innen durch ein in 1 nicht gezeigtes Pannenlaufstützelement 7 abgestützt (2). Auf der Felgenaufnahme 4 ist ein Gegenelement montiert, welches um eine Rotationsachse a₂ rotierbar ist. Gemäß der Erfindung ist das Gegenelement ein Gegenläuferrad 6', welches aus einem auf einer nicht gezeigten Felge montiertem Gegenläuferreifen 6 besteht. Der Prüfreifen 5 des Prüfrades 5' weist einen Laufstreifen 5a und der Gegenläuferreifen 6 des Gegenläuferrades 6' weist einen Laufstreifen 13 auf. Der Laufstreifen 13 ist, wie noch erläutert wird, auf eine spezielle Weise konturiert und weist zur Führung des Prüfreifens 5 eine Vertiefung 13a mit einem Boden 13'a auf (4).
Die beiden Felgenaufnahmen 3, 4 sind im gezeigten Zustand derart im Käfig 2 angeordnet, dass sich die Äquatorialebenen des Prüfrades 6' und des Gegenläuferrades 5' in derselben Ebene befinden, wobei ferner die Rotationsachsen a₁ , a₂ übereinanderliegen und sich diese daher in einer durch die Rotationsachsen a ₁ , a₂ aufgespannten gemeinsamen Ebene befinden. Das Prüfrad 6' und das Gegenläuferrad 5' sind präzise zueinander positionierbar und in eine Position bringbar, in welcher der Laufstreifen 5a des Prüfreifens 5 den Laufstreifen 13 des Gegenläuferreifens 6 kontaktiert und die Lauffläche des Prüfreifens 5 mit ihrer Laufflächenbreite in der Vertiefung 13a des Gegenläuferreifens 6' fluchtet. Zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen 3, 4 ist gegenüber der anderen verschiebbar, wodurch auch die jeweils gewünschte Last zur Pannenlaufprüfung aufgebringbar ist.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Felgenaufnahmen 3, 4 bzw. das auf ihr montierte Prüfrad 6' bzw. Gegenläuferrad 5' in vertikaler Richtung und zumindest eine der Felgenaufnahmen 3, 4 bzw. das auf ihr montierte Prüfrad 6' bzw. Gegenläuferrad 5' in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Rotationsachsen a₁ , a₂ verschiebbar. Hierbei wir entweder eine der Rotationsachsen a₁ , a₂ in axialer Richtung verstellt oder ein Schlitten mit einer zugehörige Antriebseinheit mit Motor, Bremse und Kopplungseinheit verschoben.
Als Bremse der Antriebseinheit kommen insbesondere eine elektromotorische Bremse, eine Strömungsbremse, ein Retarder, eine Wirbelstrombremse, eine Sicherungsbremse oder eine Feststellbremse in Frage. Eine elektromotorische Bremse hat den Vorteil, dass diese während der Prüfung als Generator arbeitet. Der Motor der Antriebseinheit ist bevorzugt ein Asynchronmotor oder eine Drehstromsynchronmotor.
Gemäß weiteren Varianten ist zumindest eine Felgenaufnahme 3, 4 bzw. das auf ihr montierte Prüfrad 6' bzw. Gegenläuferrad 5' in horizontaler Richtung verschiebbar. Es ist vorteilhaft, wenn das Prüfrad 6' und das Gegenläuferrad 5' senkrecht übereinander angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei welcher das Prüfrad 5' oberhalb des Gegenläuferrades 6' angeordnet ist, wie in 1 gezeigt.
Ferner ist zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen 3, 4 derart kipp- bzw. verfahrbar, dass die zugehörige Rotationsachse a₁ , a₂ gegenüber der jeweils anderen Rotationsachse a₁ , a₂ unter einem Winkel von insbesondere bis zu ±4° orientierbar ist, wobei die Rotationsachsen a₁ , a₂ in ihrer gemeinsamen Ebene verbleiben. Dadurch kann bei der Pannenlaufprüfung ein Sturz des Prüfrades simuliert werden. Insbesondere werden Räder mit OTR-Reifen häufig unter einem Sturz von bis zu 4° montiert und getestet.
Die Rotationsbewegung des Prüfrades 5' wird insbesondere in bekannter Weise mittels nicht gezeigter Motoren, Getriebe, Kupplungen und Adaptern bewerkstelligt. Wird das Prüfrad 5' in Rotationsbewegung versetzt, beginnt auch das Gegenläuferrad 6' - bedingt durch den Kontakt zwischen dem Prüfreifen 5 und dem Gegenläuferreifen 6 - zu rotieren, wobei das Gegenläuferrad 6' auf nicht gezeigte Weise, beispielsweise über ein Gegenlager, eine Bremse, welche vorzugsweise eine von den bereits erwähnten speziellen Bremsen ist, und einen Adapter, abbremsbar ist. Gemäß einer alternativen Variante ist das Gegenläuferrad 6' antreibbar und das Prüfrad 5' wird durch den Kontakt zum Gegenläuferrad 6' mitangetrieben. Gemäß einer weiteren Variante werden sowohl das Prüfrad 5' als auch das Gegenläuferrad 6' angetrieben.
2 zeigt einen Querschnitt durch den von der Felgenaufnahme 3 aufgenommenen Prüfreifen 5, welcher sich auf einer Felge 8 befindet und in seinem Inneren mit dem bereits erwähnten Pannenlaufstützelement 7 versehen ist. Der Prüfreifen 5 weist Seitenwände 9, Wulstbereiche 10, eine Innenschicht 11 und Gürtellagen 12 auf, wobei sämtliche dieser Reifenbauteile vorzugsweise in bekannter Weise ausgeführt sind. Der gezeigte Prüfreifen 5 befindet sich bereits im Pannenlaufzustand, sodass die Seitenwände 9 zusammengefallen sind. Die Felge 8 weist seitlich zwei Felgenhörner 8a und einen Felgenmittelteil 8b auf. Das Pannenlaufstützelement 7 ist im Querschnitt T-förmig ausgeführt und verfügt über zwei Wulststützen 7a und eine Laufflächenstütze 7b. Das Pannenlaufstützelement 7 ist derart im Prüfreifen 5 positioniert, dass die Wulststützen 7a von innen die Wulstbereiche 10 gegen die Felgenhörner 8a der Felge 8 drücken. Der Felgenmittelteil 8b liegt auf den beiden Wulststützen 7a auf. Wie 2 ferner zeigt, kontaktiert die Laufflächenstütze 7b im Pannenlaufzustand des Prüfreifens 5 diesen an seiner Innenseite innerhalb des Laufstreifens 5a.
3 zeigt den Abdruck des Latsches eines mit dem Pannenlaufstützelement 7 versehenen, befülldrucklosen, d.h. im Pannenlaufzustand befindlichen, Prüfreifens 5. Im Prüfreifen 5 herrscht daher der Umgebungsdruck. Im Pannenlaufzustand kann zwischen dem gesamten Latsch (Gesamtbodenaufstandsfläche) und dem inneren Latsch L_i (innere Bodenaufstandsfläche) unterschieden werden. Der innere Latsch L_i des Prüfreifens 5 ist durch das Pannenlaufstützelement 7 bedingt bzw. definiert. Bei einem im Pannenlaufzustand befindlichen Prüfreifen 5 wird die Last im Wesentlichen vom Pannenlaufstützelement 7 getragen, sodass im Bereich des inneren Latsches Li sehr hohe Drücke bzw. Kräfte wirken. Der gesamte Latsch des Prüfrades im Pannenlaufzustand ist zwar größer als der innere Latsch Li, die außerhalb des inneren Latsches Li befindliche Bereich des Latsches trägt zur Verteilung der beaufschlagten Last jedoch nahezu nicht mehr bei. Die Last wirkt daher hauptsächlich im Bereich des inneren Latsches Li. Über den inneren Latsch Li werden bei der Rotation des Prüfrades 5' bzw. des Gegenläuferrades 6' daher sämtlich oder nahezu sämtliche Kräfte und die physikalische Arbeit zwischen dem Prüfrad 5' und dem Gegenläuferrad 6' übertragen. Für die Kraftübertragung ist somit insbesondere die Umfangslänge des innere Latsches Li von Bedeutung.
In 4 ist die Außenkontur des Gegenläuferreifens 6 im Querschnitt zu sehen. Der Gegenläuferreifen 6 weist den bereits erwähnten, auf spezielle Weise konturierten Laufstreifen 13 mit der Vertiefung 13a zur Führung des Prüfreifens 5 auf. Die Vertiefung 13a ist mittig und umlaufend im Laufstreifen 13 ausgebildet. Ansonsten weist der Laufstreifen 13 keine Profilierung auf. Die Vertiefung 13a wird entweder direkt bei der Vulkanisation des Gegenläuferreifens 6 im Laufstreifen 13 mitgeformt oder nach der Vulkanisation des Gegenläuferreifens 6 in den Laufstreifen 13 eingeschliffen.
An den Rändern des Laufstreifens 13 verbleibt jeweils ein im Querschnitt im Wesentlichen rechteckiger, in Umfangsrichtung umlaufender Gummisteg 13b. Jeder Gummisteg 13b ist zur Reifenaußenseite durch eine umlaufende außenseitige Kante 13'b und zur Reifeninnenseite durch eine innenseitige Kante 13''b begrenzt. Der Laufstreifen 13 weist zwischen den außenseitigen Kanten 13'b in axialer Richtung eine Breite B₁ auf, welche um mindestens 25,0 mm, insbesondere um mindestens 40,0 mm, größer ist als die Bodenaufstandsflächenbreite des Laufstreifens des jeweiligen Prüfreifens 5. Die Gummistege 13b weisen an ihrer Außenseite in axialer Richtung jeweils eine Breite b₂ von mindestens 7,0 mm auf.
Die Vertiefung 13a weist zwischen den innenseitigen Kanten 13"b der Gummistege 13b in axialer Richtung eine Breite b₁ auf, welche um 5,0 mm bis 15,0 mm größer als die Bodenaufstandsflächenbreite des zu prüfenden Prüfreifens 5. Die Vertiefung 13a ist, im Querschnitt betrachtet, in radialer Richtung durch den bereits erwähnten Boden 13'a begrenzt, welcher parallel zur Laufstreifenperipherie oder in axialer Richtung verläuft sowie ferner durch innenseitige Seitenflächen 13''a der Gummistege 13b begrenzt. Zwischen den Seitenflächen 13"a der Gummistege 13b und dem Boden 13'a der Vertiefung 13a ist, im Querschnitt betrachtet, jeweils ein Übergangsradius r₁ von beispielsweise 4,0 mm ausgebildet. Am Boden 13'a der Vertiefung 13a können Rauigkeiten ausgebildet sein, beispielsweise durch im Gummi eingebundene kleine Steine.
Im Bereich der Vertiefung 13a weist der Laufstreifen 13 des Gegenläuferreifens 6 in radialer Richtung an seiner dicksten Stelle eine Dicke von höchstens 5,0 mm, insbesondere von höchstens 4,0 mm, und besonders bevorzugt von 4,0 mm oder von 5,0 mm auf.
Weist der zu prüfende Prüfreifen beispielsweise die Dimension 14,00 R20 HCS (BW) auf, ist ein insbesondere geeigneter Gegenläuferreifen ein Reifen der Dimension 445/45 R 19.5. Die Breite b₁ der Vertiefung 13a dieses Gegenläuferreifens beträgt 310 mm bis 325 mm.
Wie in 5 und 6 schematisch andeutet ist, sind um den Rad- und Reifenprüfstand 1 mehrere Messvorrichtungen m₁ bis m₆ , ein Seitenwand- und Wulstmanipulator 14 und weitere Manipulatoren 15 angeordnet. Die Felgenaufnahme 3 (1), auf welcher das Prüfrad 5' aufgenommen ist, ist, wie jeweils ein Doppelpfeil P₁ andeutet, über eine nicht gezeigte senkrechte Achsverstellung auf- und abbewgbar. Wie ferner in 6 durch einen Doppelpfeil P₂ angedeutet ist, sind ferner axiale Achsverstellungen vorgesehen, mittels welchen das Prüfrad 5' und das Gegenläuferrad 6' unabhängig voneinander in axialer Richtung bewegbar sind. Wie 5 und 6 zeigen, sind das Prüfrad 5' und das Gegenläuferrad 6' derart zueinander positioniert, dass das Prüfrad 5', d.h. der Laufstreifen 5a des Prüfreifens 5, am Boden 13'a der Vertiefung 13a des Laufstreifens 13 des Gegenläuferreifens 6 abrollbar ist.
Der Seitenwand- und Wulstmanipulator 14 ist zwischen den Felgenaufnahmen 3, 4 (1) angeordnet, ist insbesondere ein torusartiger oder kreisscheibenartiger Körper und ist ferner senkrecht sowie in Erstreckungsrichtung der Rotationsachsen a₁ , a₂ der Felgenaufnahmen 3, 4 verschiebbar und derart auf die der Felgenaufnahme 3 zugewandte Seitenwand des Prüfreifens 5 drückbar. Der Seitenwand- und Wulstmanipulator 14 ermöglicht derart das Einbringen einer Kraft in axialer Richtung um spezifische Schäden an der Karkasse und des Wulstes des Prüfreifens 5 zu verursachen bzw. zu simulieren, wodurch besondere Prüfverfahren und Anwendungen ermöglicht sind.
Von den Manipulatoren 15 ist zumindest einer am beim Gegenläuferreifen 6 liegenden Einlaufbereich des Prüfreifens 5 und ein weiterer am beim Gegenläuferreifen 6 liegenden Auslaufbereich des Prüfreifens 5 positioniert (siehe 5). Bevorzugter Weise sind vier Manipulatoren 15 vorgesehen, sodass bei der Pannenlaufprüfung, an jeder Seitenwand jeweils im Einlauf- und im Auslaufbereich des Prüfreifens 5 eine Manipulation des Prüfreifens 5 ermöglicht ist. Insbesondere befinden sich die Manipulatoren 15 jeweils kurz vor dem Einlaufbereich des Prüfreifens 5 bzw. kurz nach dem Auslaufbereich des Prüfreifens 5. Alternativ können die Manipulatoren 13 axial außerhalb der Gummistege 13b des Laufstreifens 13 des Gegenläuferreifens 6 angeordnet sein.
Die Manipulatoren 14 und 15 können ferner mit Kraftmessdosen ausgerüstet sein.
Im Bereich der Manipulatoren 15 sowie beidseitig der Seitenwand des Prüfreifens 5 können ferner auslenkbare und insbesondere federbeaufschlagte Führungselemente, beispielsweise Rollen oder dergleichen, angeordnet sein, die ein etwaiges Schwingen des Prüfreifens 5 während der Prüfung begrenzen. Bevorzugter Weise sind die Führungselemente mit einer Kraftmessdose oder dergleichen gekoppelt. Gerät der Prüfreifen 5 während der Pannenlaufprüfung aus der Vertiefung 13a des Laufstreifens 13 des Gegenläuferreifen 6 erfolgt eine Notabschaltung des Rad- und Reifenprüfstandes.
Zu den erwähnten Messvorrichtungen zählen Temperaturmesser m₁ , m₂ , eine Messeinrichtung m₃ zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens am Reifenzenit, zumindest eine Messeinrichtung m₄ zur Bestimmung der axialen Schwingungen des Reifenkopfes des Prüfreifens, ein Glanzmessgerät m₅ , Pannenlaufmessgeräte m₆ und Seitenwandmessgeräte m₇ , m₈ .
Der Temperturmesser m₁ arbeitet berührungslos und ist, wie durch einen Pfeil angedeutet ist, senkrecht auf die Lauffläche des Laufstreifens des Prüfreifens 5 gerichtet. Mittels des Temperaturmessers m₁ kann die Temperatur an der Oberfläche der Lauffläche des Prüfreifens 5 kontinuierlich gemessen werden. Der Temperaturmesser m₂ , welcher ebenfalls berührungslos arbeitet, ist auf die Seitenwand der Prüfreifens 5 gerichtet, sodass dieser die Temperatur an der Oberfläche der Seitenwand des Prüfreifens 5 misst. Die Temperturmesser m₁ , m₂ sind zum Schutz vor etwaigen sich bei der Prüfung loslösenden Reifentrümmern in einem bruchsicheren Gehäuse untergebracht. Alternativ sind die Temperturmesser m₁ , m₂ in einer vor derartigen Reifentrümmern entsprechend sicheren Entfernung positioniert.
Die Messeinrichtung m₃ zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens 5 am Reifenzenit ist beispielsweise eine auf den Laufstreifen des Prüfreifens 5 gerichtete Kamera. Insbesondere umfasst die Kamera ein entsprechendes Speichermedium (Datenspeicher), mittels welchem optisch nachweisbare Verformungszustände des Prüfreifens 5 und des Pannenlaufstützelementes aufgezeichnet und nachgewiesen werden können. Die Messeinrichtung m₃ kann ferner eine Lichtquelle mit zugehörigem Empfänger (Detektor) und einem Datenzwischenspeicher aufweisen, wobei die Lichtquelle insbesondere monochromatisches Licht mit großer Kohärenzlänge und hoher Intensität, beispielsweise Laserlicht, erzeugt. Mit der Messeinrichtung m₃ können, wie später bei der Beschreibung eines Prüfungsablaufes ebenfalls noch erwähnt ist, die Umdrehungen der Reifen gezählt werden, aus welchen wiederum der Abrollweg errechnet werden kann.
Bei der gezeigten Ausführungsvariante ist an der dem Gegenläuferrad 6' abgewandten Seite axial seitlich der Seitenwände des Prüfreifens 5 jeweils eine der Messeinrichtungen m₄ zur Bestimmung der axialen Schwingungen des Reifenkopfes des Prüfreifens 5 positioniert. Der Reifenkopf befindet sich im Zenitbereich des Laufstreifens. Eine Zunahme der Auslenkung der axialen Schwingungen im Bereich des Reifenkopfes deutet auf eine zunehmende Beschädigung des Reifenkopfes, der Gürtellagen, des Laufstreifens, der Seitenwände und/oder der Karkasse, hin. Die Messeinrichtung(en) m₄ ist bzw. sind vorzugsweise mit einer Abschaltvorrichtung gekoppelt, welche bei sehr starken Auslenkungen den Rad- und Reifenprüfstand zum Schutz vor Beschädigungen abschaltet. Jede Messeinrichtung m₄ umfasst vorzugsweise mindestens eine Lichtquelle mit hoher Kohärenzlänge und hoher Intensität, beispielsweise eine Laserlichtquelle, einen Empfänger und einen Datenspeicher, wobei jede Messeinrichtung m₄ die jeweilige Seitenwand über ihre gesamte radiale Erstreckung (Höhe), d.h. zwischen dem Felgenhorn der Felge des Prüfrades und dem Reifenkopf des Prüfreifens, abtastet.
Das Glanzmessgerät ms ist auf die eine Seitenwand des Prüfreifens im Bereich des Reifenkopfes gerichtet. Wird die Seitenwand während der Pannenlaufprüfung entsprechend erwärmt, beginnt das Gummimaterial der Seitenwand zu depolimerisieren, insbesondere kann die Vernetzungsdichte des Gummimateriales abnehmen. Dieser Effekt wird über die Änderung des Glanzes der Oberfläche der Seitenwand gemessen, ausgewertet und aufgezeichnet. Die sich erwärmende Seitenwand bzw. die Glanzänderung ist dabei ein Indikator für ein kurz bevorstehendes Seitenwandversagen bzw. einen kurz bevorstehendem Ausfall des Prüfreifens. Die Depolimerisation setzt etwa ab Temperaturen von 160°C ein.
Im Einlauf- und Auslaufbereich des Prüfreifens 5 gegenüber dem Gegenläuferreifen 6 ist jeweils eines der Pannenlaufmessgeräte m₆ positioniert (5). Die Pannenlaufmessgeräte m₆ arbeiten berührungslos und messen die Verformungen der Seitenwände 9 des Prüfreifens 5, welche, wie bereits erwähnt und in 2 gezeigt, im Pannenlaufzustand des Prüfreifens 5 zusammengefallen sind. Die Pannenlaufmessgeräte m₆ messen daher insbesondere die sich im drucklosen Pannenlaufzustand des Prüfreifens 5 an den Seitenwänden 9 bildenden Verformungen, insbesondere Beulen, stehende Wellen und dergleichen. Die Pannenlaufmessgeräte m₆ verfügen insbesondere über eine Lichtquelle, einen zugehörigen Empfänger (Detektor) und einen Datenzwischenspeicher, wobei die Lichtquelle insbesondere monochromatisches Licht mit großer Kohärenzlänge und hoher Intensität, beispielsweise Laserlicht, erzeugt. Der Pannenlaufzustand des Prüfreifens 5 ist, bedingt durch die Reibung zwischen Reifeninnenfläche und dem Pannenlaufstützelement 7 sowie die Verformungsarbeit im Prüfreifen 5 und Pannenlaufstützelement, durch ansteigende Temperaturen im Prüfreifen 5 und im Pannenlaufstützelement gekennzeichnet. Die höheren Temperaturen im Prüfreifen 5 wirken sich auf die geometrische Form der sich an den Seitenwänden bildenden Verformungen aus. Die Veränderungen der geometrischen Form werden über die Prüfzeit aufgezeichnet.
Das Seitenwandmessgerät m₇ ist an der dem Gegenläuferreifen 6 abgewandten Seite axial seitlich der einen Seitenwand 9 des Prüfreifens 5 angeordnet. Das Seitenwandmessgerät m₇ erfasst die Kontur der Seitenwand des Prüfreifens 5 im unbelasteten Zustand und die durch die Zentripetalkraft verursachte Auslenkung des Reifenkopfes bei rotierendem Prüfrad 5'. Insbesondere bei hohen Umdrehungszahlen, welche hohen Fahrgeschwindigkeiten entsprechen, sind die Messwerte des Seitenwandmessgerätes m₇ von Bedeutung.
Das Seitenwandmessgerät m₅ ist an der dem Gegenläuferrad zugwandten Seite axial seitlich der einen Seitenwand des Prüfreifens angeordnet, es erfasst die Kontur der Seitenwand des Prüfreifens im belasteten Zustand.
Aus den Messergebnissen der Seitenwandmessgeräte m₇ , m₈ kann die durch den Pannenlaufzustand bedingte Auslenkung der Seitenwand des Prüfreifens 5 ermittelt werden.
7 zeigt einen Prüfstand 1', welcher sich von dem in 1 gezeigten Prüfstand 1 dadurch unterscheidet, dass die Felgenaufnahme 4 für den Gegenläuferrad 6' oberhalb der Felgenaufnahme 3 für das Prüfrad 5' positioniert ist. Gemäß weiterer, nicht gezeigter Varianten des Prüfstandes sind die beiden Felgenaufnahmen nebeneinander oder schräg zueinander angeordnet, wobei die Rotationsachsen der Felgenaufnahmen jeweils parallel zueinander orientiert sind und ein aufgenommener Prüfreifen einen aufgenommenen Gegenläuferreifen auf die bereits beschriebene Weise kontaktiert.
Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Pannenlaufprüfung an einem erfindungsgemäßen Rad- und Reifenprüfstand kurz erläutert. Das konkret beschriebene Verfahrensbeispiel ist insbesondere für Nutzfahrzeugreifen - sowohl in Diagonalbauart als auch in Radialbauart - geeignet, ist aber auch in entsprechend angepasster Weise zur Pannenlaufprüfung für PKW-Reifen mit Felge und Pannenlaufstützelement geeignet. Zweck der Pannenlaufprüfung ist insbesondere die Feststellung der Haltbarkeit der Bauteile eines Reifens oder des Pannenlaufstützelementes, jeweils im Pannenlaufzustand. Der im Nachfolgenden jeweils angegebene Reifendruck ist definiert als der Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Der Umgebungsdruck beträgt bekannter Weise ca. 1bar.
Der Gegenläuferreifen ist in einer auf die Dimension des jeweiligen Prüfreifens angepassten Weise gewählt. Insbesondere ist die Vertiefung im Laufstreifen des Gegenläuferreifens entsprechend breit ausgeführt.
Im ersten Schritt werden das Gegenläuferrad und das Prüfrad vorbereitet.
Der Reifendruck des Gegenläuferrades wird auf mindestens 6,5 bar eingestellt und nachfolgend bei einer Temperatur von 20°C±2°C für mindestens drei Stunden zur Konditionierung gelagert. Beispielsweise wird ein Gegenläuferrad mit einem Gegenläuferreifen der Dimension 445/45 R 19,5 im kalten Zustand mit einem Reifendruck von ca. 9 bar befüllt.
Das Prüfrad, welches, wie bereits erwähnt, aus einer Felge und dem durch das Pannenlaufstützelement abgestützten Prüfreifen gebildet ist, wird mit einem Reifendruck von 60% bis 100% des Nennluftdruckes gemäß E.T.R.T.O.-Standards auf einer ein Ventil aufweisenden Felge für mindestens drei Stunden bei 20°C±2°C zur Konditionierung gelagert.
Anschließend werden am Prüfrad und am Gegenläuferrad, insbesondere an den Seitenwänden der Reifen, und den Felgen Strichmarkierungen angebracht. Unter Zuhilfenahme dieser Markierungen kann, beispielsweise mit der erwähnten Messeinrichtung m₃ , die Anzahl der Umdrehungen der Reifen während der Prüfung bzw. während eines Prüfzyklus ermittelte werden. Durch die an den Felgen angebrachten Markierungen lässt sich ein etwaiges unerwünschtes Drehen der Reifen gegenüber der Felge feststellen. Durch diese Markierung wird daher der Reifensitz kontrolliert. Sollte sich der Reifen von der Felge lösen kann die Prüfung automatisch gestoppt werden.
Nachfolgend wird der Reifendruck des Gegenläuferrades derart eingestellt, dass die Latschlänge (die Umfangslänge der Bodenaufstandsfläche an der Äquatorialebene) des Gegenläuferreifens dem 0,95-Fachen bis 1,05-Fachen der Latschlänge des inneren Latsches Li (siehe 7) des drucklosen Prüfreifens entspricht. Im drucklosen Prüfreifen herrscht daher der jeweilige Umgebungsdruck, wobei der drucklose Prüfreifen den Pannenlaufzustand des Prüfreifens simuliert bzw. diesem entspricht.
Der Zusammenhang zwischen der Latschlänge und dem Reifendruck lässt sich dabei auf empirische Weise ermitteln, sodass bei bekannter Latschlänge des inneren Latsches Li des Prüfreifens nur mehr der entsprechende Reifendruck des Gegenläuferreifens eingestellt wird, sodass dessen Latschlänge in den erwähnten Bereich fällt. Je höher der Reifendruck des Gegenläuferreifen desto kürzer ist die Latschlänge des Gegenläuferreifens. Durch ein derartiges Einstellen des Reifendruckes des Gegenläuferreifens wird während der Prüfung eine ebene Kontaktfläche oder eine annähernd ebene Kontaktfläche zwischen Prüfreifen und Gegenläuferreifen 5 simuliert, wobei der Prüfreifen zumindest im Wesentlichen über die Latschlänge des inneren Latsches Li auf dem Boden der Vertiefung im Laufstreifen des Gegenläuferreifes aufliegt. Die vom Gegenläuferrad zur Verfügung gestellte Abrollfläche entspricht daher weitgehend dem inneren Latsch Li des Prüfreifens. Der Reifendruck des Gegenläuferrades wird während der Prüfung nicht verändert.
Nach der Lagerung wird die Luft aus dem Prüfrad ausgelassen und das Ventil demontiert. Im Prüfrad herrscht während der Prüfung lediglich der jeweilige Umgebungsdruck und daher ein Reifendruck von 0 bar.
Das Prüfrad und das Gegenläuferrad werden auf den Felgenaufnahmen des Prüfstandes montiert. Anschließend werden das Prüfrad und das Gegenläuferrad entsprechend aufeinander zubewegt und derart positioniert, dass das Prüfrad mittig gegenüber der Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifens ausgerichtet ist, wobei das Prüfrad und das Gegenläuferrad zunächst noch nicht in Kontakt stehen. Anschließend werden das Prüfrad und das Gegenläuferrad zueinander herangefahren, sodass der Laufstreifen des Prüfreifens den Boden der im Laufstreifen des Gegenläuferreifens ausgebildeten Vertiefung kontaktiert. Spätestens zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil aus der Felge des Prüfrades zu entfernern. Nach erfolgter Lastbeaufschlagung des Prüfrades gegenüber dem Gegenläuferrad sind die Reifen aneinander abrollbar.
Zur Funktions- und Sicherheitsprüfung werden im Handbetrieb (manueller Betrieb) beispielsweise zehn Umrollungen des Prüfreifens am Gegenläuferreifen durchgeführt. Der Prüfreifen wird derart rotiert, dass eine Fahrgeschwindigkeit von ca. 1m/s simuliert wird.
Nachfolgend werden die jeweils vorgesehenen Messvorrichtungen und Manipulatoren gegenüber dem Prüf- und Gegenläuferrad entsprechend justiert.
Anschließend wird entweder das Prüfrad oder das Gegenläuferrad angefahren, d.h. langsam in eine einer Fahrgeschwindigkeit von ca. 1m/s entsprechenden Rotationsbewegung versetzt, wobei durch die Haftreibung zwischen den Gummimaterialien der Laufstreifen die Antriebskräfte problemlos von dem einen Reifen auf den anderen Reifen übertragen werden, sodass beide Reifen einander kontaktierend rotieren. Anschließend wird zumindest einer der Reifen mit der gewünschten Last beaufschlagt, welche an der Kontaktfläche zwischen dem Prüfreifen und dem Gegenläuferreifen wirksam wird. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die eigentliche Pannenlaufprüfung.
Es ist ferner auch möglich, sowohl den Gegenläuferrad als auch das Prüfrad anzutreiben, wodurch insbesondere die Reproduzierbarkeit der Prüfung erhöht wird. Ferner können durch entsprechende Prüfprogramme zusätzlich Kenntnisse über die Traktionseigenschaften des Prüfrades gewonnen werden. Die Prüfdauer beträgt insbesondere höchstens 10 Stunden.
Im Nachfolgenden wird ein bevorzugter Prüfungsablauf einer Pannenlaufprüfung exemplarisch beschrieben, welche an einem bereits in den Pannenlaufzustand versetzten Prüfrad durchgeführt wird. Der Prüfungsablauf besteht beispielsweise aus drei nacheinander ablaufenden Prüfzyklen. Im Rahmen des ersten Prüfzyklus wird das Prüfrad derart rotiert, dass eine Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h simuliert wird, wobei der Prüfreifen über eine Strecke von 3 km am Gegenläuferreifen abgerollt wird (Abrollstrecke). Im Zuge des zweiten Prüfzyklus wird das Prüfrad derart rotiert, dass eine Fahrgeschwindigkeit von 50 km/h simuliert wird, wobei der Prüfreifen über eine Strecke von 22 km am Gegenläuferreifen abgerollt wird. Im Zuge des dritten Prüfzyklus wird der Prüfreifen derart rotiert, dass eine Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h simuliert wird, wobei der Prüfreifen über eine Abrollstrecke von 125 km am Gegenläuferreifen abgerollt wird. Die erwähnten Strecken sind dabei mit dem Reifenumfang des Prüfreifens bei Nennluftdruck (gemäß E.T.R.T.O.-Standards) näherungsweise zu berechnen. Die Ermittlung der Abrollstrecke kann alternativ über den Reifenumfang an der Äquatorialebene des Gegenläuferreifens, d.h. in der Mitte der Vertiefung des Laufstreifens des Gegenläuferreifens, erfolgen. Dieser Reifenumfang wird einmalig vor Beginn der Pannenlaufprüfung, beispielsweise mit einem Maßband, ermittelt. Der Reifenumfang kann ferner unter Zuhilfenahme der erwähnten, an den Seitenwänden des Prüfreifens und/oder des Gegenläuferreifens angebrachten Markierungen mittels der Messeinrichtung m₃ (beispielsweise einer Kamera) kontrolliert bzw. ermittelt werden.
Am Ende jedes Prüfzyklus wird die Temperatur an verschiedenen Stellen des Prüfreifens und des Gegenläuferreifens mit einem Nadelthermometer gemessen. Messstellen befinden sich in den Stegen des Laufstreifens des Gegenläuferreifens, in den Schulterbereichen bzw.
Schulterblöcken und den mittleren Blöcken bzw. mittleren Profilpositiven des Laufstreifens des Prüfreifens. Weitere Messstellen befinden in jedem Seitenwandbereich, insbesondere auf der Höhe eines etwaigen Schulterpolsters („Flexizone“). Der Gegenläuferreifen wird nach jedem Prüfzyklus visuell begutachtet und mittels Shearografie auf weitere Verwendbarkeit kontrolliert.
Die Temperatur an der Oberfläche der Seitenwand und der Oberfläche der Lauffläche des Prüfreifens werden mit den erwähnten Temperturmessern m₁ , m₂ kontinuierlich gemessen und über die Prüfzeit aufgezeichnet.
Bei einem etwaigen Ausfall des Prüfrades, welcher üblicherweise durch Zerstörung des Pannenlaufstützelementes oder einen teilweisen oder vollständigen Verlust des Reifenkopfs bedingt ist, wird der Prüfzyklus vorzeitig beendet.
Es kann auch nur ein einziger Prüfzyklus vorgesehen sein.
Anstatt das Ventil des Prüfreifens vor der Prüfung, wie erwähnt, zu entfernen, kann der drucklose Pannenlaufzustand des Prüfrades insbesondere durch Anbohren, beispielsweise mit einer Bohrmaschine, durch Beschießen mit Projektilen oder durch Anbringen und Auslösen eines Sprengkörpers herbeigeführt werden.
Die Steuerung des Rad-und Reifenprüfstandes wird über eine entsprechende Programmsteuerungseinheit mit Controller und Datenspeicher sichergestellt. Mit einer solchen Programmsteuerungseinheit können sehr gezielt (sekundengenau) und mit hoher Frequenz die erwähnten und gewünschten Verformungen am Prüfreifen und am Pannenlaufstützelement während der Prüfung erreicht und ausgewertet werden. Vorzugsweise bewirkt die Steuerung beim Überschreiten von vordefinierten, von den vorgesehenen Messeinrichtungen stammenden Messwerten eine Notabschaltung des Prüfstandes.
Bezugszeichenliste

1, 1': Rad- und Reifenprüfstand
2: Käfig
3: Felgenaufnahme
4: Felgenaufnahme
5: Prüfreifen
5': rüfrad
5a: Laufstreifen
6: Gegenläuferreifen
6': Gegenläuferrad
7: Pannenlaufstützelement
7a: Wulststütze
7b: Laufflächenstütze
8: Felge
8a: Felgenhorn
8b: Felgenmittelteil
9: Seitenwand
10: Wulstkern
11: Innensicht
12: Gürtellage
13: Laufstreifen
13a: Vertiefung
13'a: Boden
13''a: Seitenflächen
13b: Gummisteg
13'b, 13''b: Kanten
14: Seitenwand- und Wulstmanipulator
15: Manipulator
a1, a₂: Rotationsachse
b₁, b₂, B₁: Breite
L_i: innerer Latsch
m_i, _{i =} _1-7: Messeinrichtung
P₁, P₂: Pfeil
r₁: Übergangsradius
t₁: Tiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1233620 B [0004]
DE 9104721 U1 [0005]
EP 1192436 B1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Flachbahn-Reifenprüfmaschine“ ist, wie sie beispielsweise der ATZ Automobil-Technische Zeitschrift 91 (1989, Heft 1, Seiten 25 bis 32) [0006]

Claims

Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') zur Pannenlaufprüfung und Charakterisierung von Pannenlaufeigenschaften, mit - einer um eine Rotationsachse (a₁) rotierbaren ersten Felgenaufnahme (3) zur Aufnahme eines Prüfrades (5'), gebildet zumindest aus einem auf einer Prüffelge oder Fahrzeugfelge (8) montierten Prüfreifen (5), - einem um eine Rotationsachse (a₂) rotierbaren Gegenelement, an welchem das Prüfrad (5') abrollt, - wobei das um eine Rotationsachse (a₂) rotierbare Gegenelement ein auf einer zweiten Felgenaufnahme (4) aufgenommenes Gegenläuferrad (6'), gebildet aus einem auf einer Felge montierter Gegenläuferreifen (6), ist, und - wobei der Gegenläuferreifen (6) im Laufstreifen (13) eine zentral umlaufende Vertiefung (13a) aufweist, in welcher der Prüfreifen (5) abrollbar ist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er von einem Käfig (2) umgeben ist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Felgenaufnahmen (3, 4) in Rotationsbewegung versetzbar ist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Felgenaufnahmen (3, 4) in Rotationsbewegung versetzbar sind.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Felgenaufnahmen (3, 4) eine Bremse zum Abbremsen de rotierenden Reifen (5, 6) umfasst, wobei vorzugsweise die jeweils andere Felgenaufnahme (3, 4) in Rotationsbewegung versetzbar ist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen (3, 4) gegenüber der anderen verschiebbar ist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Felgenaufnahmen (3, 4) derart kipp- bzw. verfahrbar ist, dass ihre Rotationsachse (a₁, a₂) gegenüber der Rotationsachse (a₁, a₂) der anderen Felgenaufnahme (3, 4) um ±4° orientierbar ist, wobei sich die Rotationsachsen (a₁, a₂) in einer gemeinsamen Ebene befinden.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (13a) im Laufstreifens (13) des Gegenläuferreifens (6) an der Laufstreifenperipherie in axialer Richtung eine Breite (b₁) aufweist, welche 5,0 mm bis 15,0 mm größer als die Bodenaufstandsflächenbreite des Prüfreifens (5).
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufstreifen (13) des Gegenläuferreifens (6) im Bereich der Vertiefung (13a) in radialer Richtung an seiner dicksten Stelle eine Dicke von höchstens 5,0 mm, insbesondere von höchstens 4,0 mm, und besonders bevorzugt von 4,0 mm oder von 5,0 mm aufweist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufstreifen (13) des Gegenläuferreifens (6) an seinen Rändern jeweils einen in Umfangsrichtung umlaufenden Steg (13b) aufweist, welcher an seiner Oberfläche in axialer Richtung eine Breite (b₂) von mindestens 7,0 mm aufweist.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (13a) des Laufstreifens (13a) des Gegenläuferreifens (6), im Querschnitt betrachtet, durch einen Boden (13'a) und durch Seitenflächen (13'b) begrenzt ist, wobei an den Rändern des Bodes (13'a) zu den Seitenflächen (13'b) Rundungen mit einem Radius (r₁) von 2,0 mm bis 6,0 mm ausgebildet sind.
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenläuferreifen (6) an der Peripherie seines Laufstreifens (13) um mindestens 25,0 mm, insbesondere um mindestens 40,0 mm, breiter ist als die Bodenaufstandsflächen des Laufstreifens (5a) des Prüfreifens (5).
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') zumindest einer der folgenden auslenkbaren Manipulatoren zum Ausüben einer auf die Seitenwand des Prüfreifens (5) wirkenden Kraft vorgesehen ist: - Seitenwand- und Wulstmanipulator (14), - Manipulator (15) am beim Gegenläuferreifen (6) liegenden Einlaufbereich des Prüfreifens (5), - Manipulator (15) am beim Gegenläuferreifen (6) liegenden Auslaufbereich des Prüfreifens (5).
Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') zumindest eine der folgenden Messvorrichtungen vorgesehen ist: - Temperaturmesser (m₁) zur kontinuierlichen Messung der Temperatur an der Oberfläche der Lauffläche des Prüfreifens, - Temperaturmesser (m₂) zur kontinuierlichen Messung der Temperatur an der Oberfläche einer Seitenwand des Prüfreifens (5), - Messeinrichtung (m₃) zur Bestimmung der Auslenkung des Prüfreifens (5) am Reifenzenit, - Messeinrichtung(en) (m₄) zur Bestimmung der axialen Schwingungen des Reifenkopfes des Prüfreifens (5), wobei die Messeinrichtung(en) (m₄) vorzugsweise mit einer Abschaltvorrichtung zum Abschalten des Rad- und Reifenprüfstand (1, 1') gekoppelt sind., - ein Glanzmessgerät (m₅) zur Messung des Glanzes der Oberfläche der Seitenwand der Prüfreifens (5), - ein Pannenlaufmessgerät (m₆) am Einlauf- oder Auslaufbereich des Prüfreifens (5) gegenüber dem Gegenläuferreifen (6) zur Messung von Verformungen an den Seitenwänden des Prüfreifens (5), - ein Seitenwandmessgerät (m₇) zur Messung der Kontur einer Seitenwand des Prüfreifens im unbelasteten Zustand, - ein Seitenwandmessgerät (m₈) zur Messung der Kontur einer belasteten Seitenwand des Prüfreifens (5) im belasteten Zustand.
Verfahren zur Durchführung einer Rad- und Reifenprüfung mit einem Reifenprüfstand (1, 1') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden nacheinander ablaufenden Schritten: a. Einstellen des Reifendruckes des Gegenläuferrades (6') auf mindestens 6,5 bar und Einstellen des Reifendruckes des Prüfrades (5') auf 60% bis 100% des Nennluftdruckes gemäß E.T.R.T.O.-Standards b. Lagerung des Gegenläuferrades (6') und des Prüfrades (5') bei einer Temperatur von 20°C±2°C für mindestens drei Stunden, c. Anbringen von Strichmarkierungen am Prüfrad (5') und/oder am Gegenläuferrad (6'), insbesondere an den Seitenwänden der Reifen und an den Felgen, d. derartiges Einstellen des Reifendruckes des Gegenläuferades (6'), dass die Latschlänge des Gegenläuferreifens (6) dem 0,95-Fachen bis 1,05-Fachen der Latschlänge des inneren Latsches Li des drucklosen Prüfreifens (5) entspricht, e. Montieren des Prüfreifens (5) auf einer ersten Felgenaufnahme (3, 4) und Montieren des Gegenläuferreifens (6) auf einer zweiten Felgenaufnahme (3, 4), f. aneinander Heranfahren von Prüfrad (5') und Gegenläuferrad (6'), sodass der Prüfreifen (5) am Boden (13'a) der Vertiefung (13a) des Laufstreifens (13) des Gegenläuferreifens (6) abrollbar ist, g. Auslassen der Luft aus dem Prüfrad (5), h. Anfahren zumindest des Prüfreifens oder der Gegenläuferreifens, i. Lastbeaufschlagung zumindest des Prüfrades (5) oder der Gegenläuferrades (6'), sodass der Prüfreifen (5') und der Gegenläuferreifen (6') aneinander abrollbar sind, j. Rotieren des Prüfrades (5') und des Gegenläuferrades (6') bis zum Ende eines Prüfzyklus oder zum Ausfall des Prüfreifens (5).