DE19704605C1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder zur Demonstration der auf die Profilelemente eines Fahrzeugrads wirkenden Kräfte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder zur Demonstration der auf die Profilelemente eines Fahrzeugrads wirkenden Kräfte.

Während des Betriebes eines Fahrzeugluftreifens unterliegen die einzelnen Profilblockelemente des Laufflächenprofils beim Durchlaufen der Aufstandsfläche unterschiedlichen Profilkräften in Umfangsrichtung des Reifens, in seitliche Richtung sowie in radiale Richtung und daraus resultierend unterschiedlichsten Profilbewegungen in Abhängigkeit von Form, Größe und Material des Profilblocks sowie der Gesamtanordnung des Profilbildes der Lauffläche, der Geschwindigkeit, den wirkenden Beschleunigungen sowie von Schräglauf und Sturz des Fahrzeugreifens.

Die Profilkräfte haben erheblichen Einfluß auf das Abriebverhalten des einzelnen Profilblocks im Gesamtlaufflächenprofil. Deshalb ist es wünschenswert, die unterschiedlichen Einflüsse, die für die jeweiligen Profilkräfte am einzelnen Profilblockelement eines Laufflächenprofilbildes verantwortlich sind, zu erkennen und nachzuweisen, um somit Voraussagen für die zu erwartende Profilkraftverteilung an den einzelnen Profilblockelementen eines neuen Fahrzeugreifens treffen zu können und z. B. somit Vorhersagen für dessen Abriebverhalten machen zu können. Hierdurch können auch Rückschlüsse auf unterschiedliches Fahrverhalten von verschiedenen Reifenkonstruktionen und Reifenkonturen gezogen werden. Profiloptimierungen zum Zwecke einer gleichmäßigen Reibenergieverteilung können hierdurch ebenfalls leichter ermöglicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder zur Demonstration der auf die Profilelemente eines Fahrzeugrades wirkenden Kräfte zu schaffen, mit der in einfacher Weise die auf die einzelnen Profilelemente eines Fahrzeugreifens beim Durchlaufen der Aufstandsfläche wirkenden Kräfte demonstriert und/oder bestimmt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Ausbildung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Beim Abrollen des Reifens auf der Prüffläche wird das Profilelement, das an der Position der geschlossenen Prüffläche abrollt, in der der 3- Komponenten-Kraftsensor angeordnet ist, vom 3-Komponenten-Kraftsensor hinsichtlich der von der geschlossenen Prüffläche des Prüfkörpers, insbesondere der Prüftrommel, auf die Profilblockelemente wirkenden Kräfte in den drei Komponenten der Kraftsensoren und somit hinsichtlich der Komponenten in Umfangsrichtung, in axialer Richtung sowie in radialer Richtung des Fahrzeugluftreifens erfaßt. Die gemessenen Kraftkomponenten werden mit Mitteln zur berührungslosen Datenübertragung an eine Einrichtung zur Datenerfassung außerhalb der Trommel weitergeleitet und ausgewertet. Hierdurch lassen sich bezüglich eines Profilblockelements zuverlässige Aussagen über die Kraftverteilung während des Betriebszustandes treffen. Durch entsprechende Umfangsdimensionierung des Prüfkörpers, insbesondere der Trommel, soweit sie nicht dem Umfang des Reifens am gemessenen Profilblockelement entspricht, wird bei jeder Radumdrehung ein anderes Profilblockelement, das sich auf der Umfangslinie des ersten Profilblockelementes befindet, hinsichtlich der darauf wirkenden Kräfte vermessen, so daß bei Zuordnung der vermessenen Profilblockelemente zu den einzelnen Meßpositionen am Reifen eine Aussage über die Kräfte an all den vermessenen Profilblockelementen des Laufflächenprofils getroffen werden kann. Es ist auch möglich, Profilblockelemente, die aufgrund des bemessenen Umfangsdurchmessers der Trommel nicht erfaßt werden, durch entsprechende Phasenverstellung des Reifens gegenüber der Phase der Trommel so zu positionieren, daß sie bei weiteren Messungen ebenfalls erfaßt werden. Zur Vermessung von Profilblockelementen in anderer axialer Position kann der Reifen in entsprechend anders gewählte axiale Position verschoben werden.

Da die Kräfte, die beim Betrieb eines Reifens in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn zur Übertragung aller Kräfte (Antrieb, Bremsen, Lenken usw.) auftreten, in vergleichbarer Form auch zwischen der Reifenoberfläche und der Trommeloberfläche auftreten, können somit die in vertikaler, lateraler und in Umfangsrichtung am Profilblockelement auftretenden Kräfte durch den 3-Komponenten-Kraftaufnehmer gemessen werden. Solche 3-Komponenten-Kraftaufnehmer werden beispielsweise von der Firma Kistler Instrumente AG, CH 8408 Winterthur, Schweiz, angeboten. Die Profilkraftermittlung kann bei verschiedenen Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Die Profilkraftermittlung kann außerdem bei verschiedenen Fahrzeugbedingungen wie Schräglauf, Sturz, Antrieb und Bremsen ermittelt werden. Mit Hilfe dieser Messungen können Vorhersagen z. B. zum Abriebsverhalten gemacht werden. Zusätzlich können die Gründe für ein bestimmtes Abriebsverhalten mit Hilfe des Prüfstandes gefunden werden. Es ist auch möglich, Rückschlüsse auf unterschiedliches Fahrverhalten von verschiedenen Reifenkonstruktionen und Reifenkonturen zu ziehen. Mit Hilfe der Messungen kann die Auslegung von Profilen zielgerichteter auf eine gleichmäßige Reibenergieverteilung ausgerichtet werden. Darüber hinaus können mit dem Prüfstand auch Aussagen über die Footprintform (Aufstandsbild) des Reifens bei verschiedenen Geschwindigkeiten gemacht werden. Zusätzlich kann der dynamische Footprint unter verschiedenen Fahrzeugbedingungen wie Schräglauf, Sturz und Antrieb untersucht werden. Auch hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf unterschiedliches Fahrverhalten von verschiedenen Reifenkonstruktionen und Reifenkonturen ziehen.

Kraftmeßgeber sind bereitse aus der DE 29 44 723 C2 bekannt.

Die Ausbildung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 2 ermöglicht eine effizientere Messung und Auswertung der verschiedenen Profilblockelemente eines Reifens durch Messung mehrerer Profilblockelemente während einer Trommelumdrehung. Da hierdurch die Profilblockelemente zum Zeitpunkt ihrer Messung geringere Abriebsunterschiede zueinander aufweisen, werden die Meßergebnisse noch aussagekräftiger. Die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 3 und 4 stellen vorteilhafte Ausführungsformen dar, wobei insbesondere durch die Merkmale von Anspruch 4 auch gleichzeitig mehrere axiale Positionen der Reifenlauffläche hinsichtlich der auf die Profilblockelemente wirkenden Kräfte vermessen werden. Die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 5 ermöglicht darüber hinaus eine besonders einfache Vermessung einer axialen Position nach der anderen, so daß sobald genügend Profilblockelemente einer axialen Position vermessen worden sind, die Profilblockelemente einer anderen axialen Position vermessen werden können. Dabei ist es möglich, in kleinen gleichgroßen vorgegebenen Intervallen eine axiale Position des Reifens nach der anderen zu vermessen oder aber lediglich spezielle axiale Positionen, die zur Messung besonders interessant sind.

Die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 6 ermöglicht die einfache Durchführung der Messung durch Einlegen des Reifens in die Aufnahmeeinrichtung in einer Ruheposition, in der der Reifen keinen Berührkontakt zur Trommel besitzt und ein anschließendes Verfahren des Reifens in die Meßposition, in der der Reibkontakt zwischen Reifen und Trommel hergestellt ist. Nach erfolgter Messung wird der Reifen wieder in seine Ruheposition verfahren und der Aufnahmeeinrichtung entnommen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmeeinrichtung auch in ihrer Winkelposition zur Trommel veränderbar ist, so daß Schräglauf und/oder Sturz simuliert werden können.

Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht einfach die Durchführung mehrerer unterschiedlicher Messungen und/oder Demonstrationen nacheinander unter gleichen Prüfungsbedingungen. Besonders vorteilhaft ist es, den Mehrfachprüfstand mit einem für unterschiedliche Messungen und/oder Demonstrationen gemeinsamen Prüfkörper, insbesondere einer gemeinsamen Prüftrommel auszubilden, und/oder gemeinsame Mittel zur Aufnahme des zu prüfenden Reifens auszubilden.

Bevorzugt wird die Ausbildung einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 8. Die Kontaktfläche, auf der der Reifen abrollt, ist in mehrere unabhängig voneinander gelagerte Kontaktflächenelemente aufgeteilt, die an der Position des Berührkontakts mit dem Reifen in einer tangentialen Richtung zur Umfangsrichtung des Reifens frei bewegbar sind. Hierdurch kann der Reifen in Umfangsrichtung weitgehend verspannungsfrei abrollen, wobei die nebeneinander angeordneten unabhängig voneinander gelagerten Kontaktflächenelemente weitgehend schlupffrei unterschiedlich stark in Umfangsrichtung durch den Reibkontakt zum Reifen bewegt werden. Die unterschiedliche Verschiebung demonstriert das unterschiedliche Abrollverhalten des Fahrzeugreifens. Durch Ermittlung der unterschiedlichen Verschiebung ist das unterschiedliche Abrollverhalten bemessbar. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliches Abrollverhalten nachzuweisen und zu bemessen und deren Einflußfaktoren zu untersuchen. Die zwischen Reifen und Fahrbahn entstehenden Zwangskräfte lassen sich minimieren. Reifeneigenschaften, Rollwiderstand, Geräusch, Fahrverhalten und Abriebverhalten sind mit Hilfe der Ergebnisse der Prüfungen verbesserbar.

Die Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 9 stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, bei der endlose Bänder nebeneinander und parallel in Umfangsrichtung verschiebbar gelagert sind. Bevorzugt ist dabei die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 10, da sie mit geringem Aufwand raumsparend ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist einfach beliebig schmal und mit beliebig vielen Bändern ausbildbar.

Anspruch 11 beinhaltet eine alternative Ausführungsform.

Entsprechend den Merkmalen von Anspruch 12 erfolgt der Antrieb zum Abrollen entweder mit Mitteln zum Antreiben der Trommel bzw. der Scheiben und/oder des Rades, insbesondere mit Momentenregelung zur definierten Einstetllung von Schlupfzuständen beim Beschleunigen und/oder Bremsen. Bevorzugt erfolgt der Antrieb des Rades mit Hilfe von Mitteln zum Antreiben der Trommeln bzw. der Scheiben. Beim Antrieb der Trommel muß die Reibung zwischen Trommeloberfläche und Metallbändern so bemessen sein, daß eine Mitnahme des Reifens gewährleistet ist und dennoch ein unterschiedliches Verschieben der Bänder in Umfangsrichtung gewährleistet ist. Zur Durchführung der Demonstration und/oder der Bestimmung des Abrollverhaltens ist es vorteilhaft, eine bestimmte Abrollstrecke vorzugeben und nach Abrollen der vorgegebenen Strecke des Rades die Kontaktflächenelemente hinsichtlich ihrer Verschiebung zu überprüfen.

Bevorzugt werden die Kontaktflächenelemente mit sichtbaren Markierungen versehen. Das unterschiedliche Wandern der Markierungen während des Radlaufs demonstriert deutlich das unterschiedliche Abrollverhalten. Mit Hilfe von Mitteln zum Erkennen und/oder zum Messen der Bewegung der einzelnen Kontaktflächen läßt sich einfach das unterschiedliche Abrollverhalten demonstrieren und/oder auswerten. Bei Verwendung von Markierungen läßt sich das unterschiedliche Wandern einfach vermessen und somit das Abrollverhalten einfach visuell darstellen und zahlenmäßig erfassen. Mit Hilfe von auf die Kontaktflächenelemente beispielsweise mit einem Stroboskop getriggerten und von diesen reflektierten Lichtimpulsen läßt sich durch Auszählung der vorbeibewegten Markierungen in einfacher Weise das Maß der unterschiedlichen Verschiebungen ermitteln.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Versuchsstands mit kombinierter Prüftrommel

Fig. 2 Querschnittsdarstellung der einen Prüftrommelseite

Fig. 3 Querschnittsdarstellung der anderen Prüftrommelseite.

Auf einer in den Lagerböcken 3 und 4 drehbar gelagerten Trommelwelle 2 ist konzentrisch eine Prüftrommel 1 fest gelagert. Die Trommelwelle 2 steht über einen Antriebsriemen 5 mit einem Elektromotor 6 bekannter Art in Antriebsverbindung, der über ein Motorsteuerteil 7 bekannter Art gesteuert wird. Das Motorsteuerteil 7 kann dabei mit einem zentralen Computer 8 in Verbindung stehen, über den die Antriebsgeschwindigkeit sowie Drehbeginn und Winkellage bei Beginn in bekannter Weise eingestellt und geregelt werden können. Über eine Tastatur 9 sind entsprechend den jeweiligen Prüferfordernissen Änderungen der Geschwindigkeiten eingebbar. Die Lagerböcke 3 und 4 sind, wie in den Fig. 1 bis 3 aus Übersichtsgründen nicht dargestellt, in einem Gestell befestigt. In dem Gestell ist um ein Schwenklager 14 ein Schwinghebel 13 zur Trommeloberfläche der Trommel 1 radial hoch- bzw. abschwenkbar gelagert. Die Verschwenkung erfolgt mit Hilfe eines nicht dargestellten Schwenkantriebs bekannter Art, der ebenfalls über den Computer 8 gesteuert wird. Am Schwinghebel 13 ist parallel zur Welle 2 eine Aufnahmeachse 15 befestigt, auf der zur Messung ein auf einer Felge 16 montierter Reifen 17 parallel zur Welle 2 um die Achse 15 drehbar und in seiner axialen Position mit Hilfe eines nicht dargestellten vom Computer 8 gesteuerten Stellantriebs bekannter Art gesteuert einstellbar befestigt ist.

Zur Messung eines Reifens im Prüfstand wird zunächst der Schwinghebel 13 angehoben und der Reifen mit seiner Felge 16 auf der Achse 15 befestigt und in die gewünschte axiale Position eingestellt. Danach wird der Reifen 17 mit Hilfe des Schwinghebels 13 soweit abgesenkt, bis die Lauffläche 18 auf der Manteloberfläche der Trommel 1 aufliegt. Ein auf einer am Schwinghebel 13 befestigten Halterung 20 befestigtes Gewicht 19 drückt den Reifen der Radlast eines Fahrzeugs entsprechend auf die Manteloberfläche der Trommel 1. Die über den Antrieb 6, den Riemen 5 und die Welle 2 angetriebene Trommel 1 treibt durch den Reibkontakt zur Reifenlauffläche 18 den Reifen 17 an. Dabei rollt die Lauffläche 18 auf der Manteloberfläche der Trommel 1 ab.

Die zylindrische Manteloberfläche der Trommel 1 ist zweigeteilt. Die in Fig. 1 dargestellte linke Hälfte 21 ist eine einstückig ausgebildete Trommeloberfläche aus Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material. An mehreren sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung versetzt zueinander ausgebildeteten Positionen ist jeweils ein 3-Komponeten- Kraftmeßsensor 23, 24, 25 bekannter Art in einer, wie in Fig. 2 am Beispiel des 3- Komponeten-Kraftsensors 23 dargestellten, Ausnehmung 40 der Trommeloberfläche integriert. Der 3-Komponenten-Kraftaufnehmer ist ein Kraftaufnehmer, wie er beispielsweise von der Firma Kistler Instrumente AG, CH-8408 Winterthur, Schweiz, unter der Typen-Nr. 9251 A. angeboten wird. Der 3-Komponenten-Kraftaufnehmer ist ein Quarzkristall- Kraftaufnehmer zum Messen der 3 orthogonalen Komponeten einer beliebig gerichteten dynamischen oder quasi statischen Kraft. Dieser Kraftaufnehmer enthält drei Quarzringpaare, die als Piezo-Elemente arbeiten und die zwischen zwei Stahlplatten im Aufnehmergehäuse eingebaut sind. Zwei Schubquarzpaare messen die Kraftkomponenten Fx und Fy und ein Druckquarzpaar die Kraftkomponente Fz in x, y, z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems einer in beliebiger Richtung auf den Aufnehmer einwirkenden Kraft. Die den einzelnen Kraftkomponenten proportionalen, elektrischen Ladungen werden über Elektroden auf die entsprechenden Steckeranschlüsse geführt. Das Quarzpaket wird durch das rostfreie, dicht verschweißte Aufnehmergehäuse des Kraftaufnehmers geschützt. Das Aufnehmergehäuse dieses Kraftaufnehmers weist zwei zur Y-Achse parallel bearbeitete Referenzflächen auf. Diese Flächen können zur Ausrichtung des Kraftaufnehmers und somit des Koordinaten-Systems verwendet werden. Der 3- Komponeten-Kraftaufnehmer ist so in die Ausnehmung 40 eingebaut, daß er die Kräfte auf die Trommeloberfläche in radialer Richtung, in axialer Richtung und in Umfangsrichtung der Trommel aufnimmt.

Die im Kraftaufnehmer entstehenden elektrischen Ladungen werden mit den in der Trommel befestigten nicht dargestellten Meßverstärkern bekannter Art verstärkt und über Leitungen 26 an ein Telemetrie-System 27 bekannter Art, wie es beispielsweise als PCM- Drehübertrager vom Betriebsforschungsinstitut (BFI, Düsseldorf) angeboten wird, zu digitalisierten Signalen gewandelt. Die Signale werden mit Hilfe von Lichtpulsen vom rotierenden Wellenende der Welle 2 zu einem festen Empfänger 28 gesendet und von einem Decoder decodiert. Die Telemetrie-Einheit aus Telemetrie-System 27 und Empfänger 28 kann in beide Richtungen Pulse übertragen, so daß auch der für den Reset der Meßverstärker notwendige Puls durch die Telemetrie-Einheit übertragen werden kann. Ein solches Telemetrie-System des Betriebsforschungsinstituts ist beispielsweise in Verbindung mit 1-Komponenten-Kraftaufnehmern zur Vertikaldruckmessung in Walzstraßen zur Erzielung eines spannungsfreien Walzens von Blechen bekannt.

Beim Abrollen des Reifens 17 auf der Trommeloberfläche werden die Profilelemente der Lauffläche 18, die mit einem der 3-Komponenten-Kraftaufnehmer 23, 24, 25 während des Abrollens in Berührung kommen, hinsichtlich der zwischen Trommeloberfläche und Profilelement wirkenden Kräfte in Umfangsrichtung, in seitlicher Richtung und in radialer Richtung des Reifens vermessen. Die in den 3-Komponenten-Kraftaufnehmern erzeugten elektrischen Signale werden verstärkt und über das Telemetrie-System 27, 28 vom Sender 27 auf den Empfänger 28 in Form von digitalisierten Pulsen übertragen. Vom Sender 28 werden die decodierten Pulse an den Computer 8 zur weiteren Auswertung weitergeleitet. Um die Profilkräfte auch bei hohen Geschwindigkeiten vermessen zu können, können Datenraten über 20.000 Hz übertragen werden. Durch die axiale Versetzung der 3- Komponenten-Kraftaufnehmer 23, 24, 25 können gleichzeitig mehrere axial unterschiedliche Umfangsspuren des Reifens hinsichtlich der auf die Profilblockelemente wirkenden Kräfte vermessen werden. Durch die versetzte Anordnung in Umfangsrichtung der Kraftmeßdosen können bei gleicher Datenrate auch bei enger, axialer Nebeneinander-Anordnung der 3- Komponenten-Kraftmeßsensoren, bei gleicher Datenrate mehrere Kraftmeßsensoren installiert werden.

Die Zuordnung der Daten zu bestimmten Umfangspositionen des zu vermessenden Reifens erfolgt in bekannter Weise durch Inkrementalgeber an der Trommelnabe 2 und an der Radachse 15. Durch den Inkrementalgeber an der Trommelnabe 2 können die Kraftsignale weggetriggert eingelesen werden. Durch den Inkrementalgeber an der Radachse 15 erfolgt die Zuordnung der Messung zu bestimmten Reifenpositionen.

Um über die axialen Positionen der 3-Kraftkomponenten-Sensoren 23, 24, 25 hinaus noch weitere axiale Positionen von Umfangsspuren des Reifens zu überprüfen, wird der Reifen 17 nach Ablauf der zur Untersuchung erforderlichen Prüfdauer vom Computer 8 gesteuert in seiner axialen Position auf der Achse 15 in die neue, gewünschte Position verschoben. Danach werden in der neu eingestellten axialen Position des Reifens mit den 3- Kraftkomponenten-Sensoren 23, 24, 25 am durch die Trommel 1 angetriebenen Reifen die Kräfte, die auf die einzelnen Profilblockelemente in den den 3-Kraftkomponenten-Sensoren entsprechenden axialen Positionen einwirken, vermessen.

Durch entsprechenden Phasenversatz zwischen Umfangslänge des Reifens und Umfangslänge der Trommel 1 ist es möglich, mit jeder Umdrehung der Trommel 1 ein anderes Profilblockelement der Reifenlauffläche 18 zu vermessen. Es ist auch denkbar, zur Ermittlung bestimmter Untersuchungen relevanter Umfangspositionen diese direkt durch entsprechende Phasenverstellung des Reifens oder der Trommel mit Hilfe der Welle 2 so einzustellen, daß die gewünschte Umfangsposition vermessen wird.

Ebenso ist es denkbar, ein oder mehrere 3-Kraftkomponenten-Meßsensoren in axialer Richtung in der Trommeloberfläche verschiebbar auszubilden, so daß diese beispielsweise vom Computer 8 gesteuert nach vorgegebener Meßdauer in seiner axialen Position in eine neue, axiale Meßposition verschoben werden. Somit können nacheinander unterschiedliche Umfangsspuren des Reifens vermessen werden.

Die Trommel ist an ihrer Mantelfläche auf der in Fig. 1 dargestellten rechten Seite mit mehreren parallelen, nebeneinander angeordneten in axialer und in radialer Richtung fixiert und in Umfangsrichtung verschiebbar gelagerten konzentrisch zur Welle 2 ausgebildeten Endlosbändern 29, 30, 31, 32, 33 ausgebildet. Diese sind beispielsweise endlos geschweißte dünne Metallbänder. Der äußere Durchmesser der Bänder 29 bis 33 ist gleich. Die Bänder sind jeweils mit in Umfangsrichtung zueinander äquidistanten, farbigen Markierungen 34, 35, 36, 37, 38 mit gleicher Umfangslänge versehen.

Zur Prüfung des Abrollverhaltens des Reifens wird der Reifen 17 zunächst von der Oberfläche 21 durch Verschwenken des Hebels 13 abgehoben und dann entlang der Achse 15 axial in eine axiale Position oberhalb der Abrollfläche 22 verstellt. Danach - während die Trommel 1 über die Welle 2 vom Motor weiter angetrieben wird - wird der Reifen 17 auf die Abrollfläche 22 abgesenkt, so daß er unter der Wirkung des Gewichts 19 auf der Abrollfläche aufliegt. Von der Trommel 1 wird der Reifen über die Endlosbänder 29 bis 33 unter Reibung angetrieben, wobei sich, entsprechend der unterschiedlichen zwischen Lauffläche 18 und den Endlosbändern 29 bis 33 wirkenden Abrollkräfte die Endlosbänder 29 bis 33 in Umfangsrichtung unterschiedlich stark verschieben. Dies ist durch unterschiedliches Wandern der Markierungen 34 bis 38 optisch erkennbar. Mit Hilfe eines Stroboskops und einer Videokamera 39 wird der Wanderungsprozeß festgehalten. Die Daten können zur Auswertung an den Computer 8 weitergeleitet werden. Die Bilder der Verschiebung können mit Hilfe eines LCD-Projektors 11 an einem Projektionsschirm 12 in bekannter Art direkt demonstriert werden.

Ebenso sind die Auswertungen der Meßergebnisse aus dem Bereich der Abrollfläche 22 als auch die aus dem Bereich der Abrollfläche 21 nach Auswertung durch den Computer 8 an einen Bildschirm 10 oder ebenfalls über den LCD-Projektor 11 an einem Schirm 12 demonstrierbar.

Die Oberflächen der Kontaktfläche 21 bzw. 22 können beispielsweise aus Stahl oder aus sonstigen geeigneten Materialien ausgebildet sein. So ist es beispielsweise denkbar, zur Simulierung besonders rauher Straßenoberflächen die Oberflächen mit Schmirgel auszubilden.

Zur Simulation von Sturz- und/oder Schräglauf eines Fahrzeugluftrads ist es denkbar, die Achse 15 in einer Ebene, die durch die Mittellinien der Achse 15 und der Welle 2 geht und/oder in einer Ebene, die parallel zur Welle 2 verläuft, schwenkbar auszubilden. Hierdurch sowie durch vorgegebene Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsprofile für den Antrieb der Welle 2 sind im Kontaktflächenbereich 21 die an Profilelementen auftretenden Kräfte sowie im Kontaktflächenbereich 22 das unterschiedliche Abrollverhalten des Reifens in realistischen Betriebszuständen mit Sturz, Schräglauf und bestimmten Geschwindigkeitsprofilen mit Brems- und Beschleunigungsvorgängen überprüfbar und nachmeßbar.

Anstelle der Meßtrommel ist auch ein Flachbandprüfstand denkbar, bei dem die Abrollfläche 21 ein um mehrere Umlenkrollen 21 geführtes, umlaufendes Band ist, und die Endlosbänder 29 bis 33 der Abrollfläche 22 parallel hierzu ausgebildete in Umfangsrichtung verschiebbare Bänder sind.

Es ist auch denkbar, die umlaufenden Bänder 29 bis 33 der Abrollfläche 22 durch konzentrisch nebeneinander angeordnete auf der Welle 2 drehbar gelagerte Scheiben zu ersetzen.

Durch die aufgeteilte Ausbildung der Abrollfläche der Trommel 1 in die Abrollflächen 21 und 22 können nacheinander am gleichen Reifen unter gleichen Versuchsbedingungen, die auf die Profilelemente wirkenden Kräfte und das unterschiedliche Abrollverhalten des Reifens überprüft werden. Hierdurch wird die Fülle der Informationen des unter gleichen Versuchsbedingungen überprüften Reifens gegenüber dem einfachen Prüfstand erhöht. Dabei ist es selbstverständlich möglich, lediglich Messungen im Abrollflächenbereich 21 oder im Abrollflächenbereich 22 mit einem Fahrzeugreifen durchzuführen. Soweit die Fülle an Informationen mit unveränderten Prüfungsbedingungen nicht erforderlich ist, ist es selbstverständlich denkbar, den Prüfstand lediglich mit der Abrollfläche 21 oder mit der Abrollfläche 22 auszubilden.

Ebenso ist es denkbar, den Prüfstand mit weiteren Abrollflächen zur Messung weiterer Größen unter unveränderten Versuchsbedingungen auszubilden. Der Außendurchmesser der Trommel 1 beträgt beispielsweise 2 m. Er kann jedoch sowohl größer als auch kleiner gewählt werden. Es ist denkbar, den Prüfstand auch als Innentrommelprüfstand auszubilden, bei dem der Reifen 17 an den Mantelflächen der Abrollflächen 21 und 22 entsprechend ausgebildeten Innenflächen der Trommel 1 vom radial Inneren der Trommel abrollt.

Es ist denkbar, zum Abrollen das Fahrzeugrad 17 direkt, beispielsweise durch Antreiben der Achse 15, mit Hilfe eines gesteuerten Motors anzutreiben. Es ist auch denkbar, sowohl das Rad 17 als auch die Trommel 1 anzutreiben.

Bezugszeichenliste

1

Trommel

2

Trommelwelle

3

Lagerbock

4

Lagerbock

5

Antriebsriemen

6

Motor

7

Motorsteuerung

8

Computer

9

Tastatur

10

Bildschirm

11

LCD-Projektor

12

Projektionsschirm

13

Schwenkhebel

14

Lager

15

Aufnahmeachse

16

Felge

17

Reifen

18

Lauffläche

19

Gewicht

20

Halter

21

Abrollfläche

22

Abrollfläche

23

3-Komponenten-Kraftmeßsensor

24

3-Komponenten-Kraftmeßsensor

25

3-Komponenten-Kraftmeßsensor

26

Kabel

27

Telemetrie-PCM-Sender

28

Empfänger und Decoder

29

Endlosband

30

Endlosband

31

Endlosband

32

Endlosband

33

Endlosband

34

Markierung

35

Markierung

36

Markierung

37

Markierung

38

Markierung

39

Stroboskop und Videokamera

40

Ausnehmung

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder zur Demonstration der auf die Profilelemente eines Fahrzeugreifens wirkenden Kräfte mit einem in einem Gestell drehbaren umlaufend gelagerten Prüfkörper, insbesondere einer Prüftrommel, zum Messen der auf die Reifenprofilelemente wirkenden Kräfte,

• 1. - wobei der Prüfkörper eine Mantelfläche mit im wesentlichen geschlossener Prüffläche, insbesondere einer zylindrischen Prüffläche einer Prüftrommel, mit wenigstens einer Ausnehmung aufweist, in der ein 3-Komponenten-Kraftsensor zur Messung von drei nicht parallen Kraftkomponenten, insbesondere in vertikaler Richtung in Umfangs- und in Achsrichtung des Prüfkörpers, angeordnet ist,
• 2. - mit Mitteln zur Aufnahme eines Fahrzeugreifens in dessen Meßposition zumindest während der Messung unter Reibkontakt zwischen Reifenlauffläche und Prüffläche, insbesondere Trommelmantelfläche,
• 3. - mit Mitteln zum Antrieb des Prüfkörpers, insbesondere der Prüftrommel, und/oder des durch die Mittel zur Aufnahme des Reifens aufgenommen Reifens,
• 4. - mit Mitteln zur berührungslosen Datenübertragung der durch den 3-Komponenten- Kraftsensor gemessenen Kraftkomponenten von dem drehbar gelagerten Prüfkörper, insbesondere der Trommel, zu einer Einrichtung zur Datenerfassung und Auswertung außerhalb des Prüfkörpers, insbesondere der Trommel.

2. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

• 1. - wobei in der im wesentlichen zylindrischen, geschlossenen Prüffläche mehrere Ausnehmungen mit jeweils einem 3-Komponenten-Kraftsensor ausgebildet ist.

3. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 2,

• 1. - wobei die 3-Komponenten-Kraftsensoren über den Umfang der zylindrischen, geschlossenen Prüffläche verteilt ausgebildet sind.

4. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 2,

• 1. - wobei mehrere 3-Komponenten-Kraftsensoren in Achsrichtung der im wesentlichen zylindrischen, geschlossenen Prüffläche verteilt ausgebildet sind.

5. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von einem der vorangegangenen Ansprüche,

• 1. - wobei wenigstens ein 3-Komponenten-Kraftsensor axial, insbesondere gesteuert, verschiebbar in der zylindrisch, geschlossenen Prüffläche ausgebildet ist.

6. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1,

• 1. - wobei die Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Reifens in ihrer Position zur Trommel gesteuert aus einer Ruheposition zur Aufnahme des Reifens in eine Meßposition, in der zwischen der Lauffläche des aufgenommenen Reifens und der Prüffläche der Trommel Reibkontakt besteht, und wieder zurück in die Ruheposition veränderbar ist.

7. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von einem der Ansprüche 1 bis 6,

• 1. - wobei die Prüffläche Teil eines Mehrfachprüfstands ist.

8. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 7,

• 1. - wobei der Mehrfachprüfstand zusätzlich zur Bestimmung und/oder zur Demonstration des Abrollverhaltens eines Fahrzeugreifens ausgebildet ist,
• 2. - mit Mitteln zur Aufnahme des Reifens zum Bestimmen und/oder zur Demonstration in einer Bestimmungs- und/oder Demonstrationsposition, in der der Fahrzeugreifen zur Bestimmung und/oder Demonstration mit seiner Lauffläche auf einer Kontaktfläche der Vorrichtung abrollt,
• 3. - wobei die Kontaktfläche in Achsrichtung des zum Abrollen in Kontakt befindlichen Fahrzeugreifens in mehrere nebeneinander angeordnete, unabhängig voneinander gelagerte Kontaktflächenelemente aufgeteilt ist, die an der Position des Berührkontakts mit dem Reifen in einer tangentialen Richtung zur Umfangsrichtung des Reifens frei bewegbar sind.

9. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 8,

• 1. - wobei jedes Kontaktflächenelement eines von mehreren endlosen, parallel nebeneinander in Umfangsrichtung verschiebbar gelagerten Bändern, insbesondere Bändern aus Metall, ist.

10. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 9,

• 1. - wobei die endlosen Bänder auf einer Trommel konzentrisch nebeneinander, in deren Umfangsrichtung verschiebbar gelagert und mit gleichen Außendurchmessern ausgebildet sind.

11. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 8,

• 1. - wobei jedes Kontaktflächenelement die Mantelfläche einer von mehreren konzentrisch nebeneinander drehbar gelagerten zylindrischen Scheiben gleichen Außendurchmessers ist.

12. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 10 oder 11,

• 1. - mit Mitteln zum Antreiben der Trommel bzw. der Scheiben und/oder des Rades, insbesondere mit Momentenregelung zur definierten Einstellung von Schlupfzuständen beim Beschleunigen und/oder Bremsen.

13. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von einem der Ansprüche 8 bis 12,

• 1. - wobei die Kontaktflächenelemente mit Markierungen versehen sind.

14. Vorrichtung gemäß den Merkmalen von einem der Ansprüche 8 bis 13,

• 1. - wobei Mittel zum Erkennen und/oder zum Messen der Bewegung der einzelnen Kontaktflächen vorgesehen sind.