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Vorrichtung und Verfahren zum Messen und Einstellen der Radaufhängung
von Eraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Einstellen
der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen sowie Verfahren zum überprüfen der Spur, des
Sturzes und der Lenkung bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Zweck dieser Einstellungen
ist es, das Fahrverhalten des Fahrzeuges hinsichtlich unter- oder übersteuern zu
verändern, das heißt, eine Selbststabilisierung der Lenkung zu ermöglichen. Weiterhin
soll das Spiel in den LeSnmgen exakt erfaßt werden und die Auswirkung äußerer Kräfte
wie Bremsung, starker Winddruck und Fliehkraft beim Kurvenfahren ermittelt werden.
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Bisher werden diese Größen mit Hilfe komplizierter optischer Methoden,
mit Spiegeln, Kolimatoren und ahnlichen Einrichtungen durchgeführt. Eine optische
Vermessung nimmt in der Regel mehrere Stunden in Anspruch und orfordert ein sehr
genaues Arbeiten.
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Fehler bei der Anbringung der Spiegel liegen meist in derselben Größenordnung
wie die zulässigen Fehler der Spurwinkel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grlmde, eine Vorrichtung zu schaffen
und Verfahren zu entwickeln, welche die bei optischen Verfahren möglichen Fehler
ausschließen und es ermöglichen, die Radaufhängungen eines Räderpaares innerhalb
weniger Minuten durchzumessen und einzustellen0
Bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind zwei Rollenpaare so nebeneinander angeordnet, daß jedes Rollenpaar
ein Rad des zu überprüfenden Radpaares aufnehmen kann, wobei ein Rollenpaar in Fahrtrichtung,
das andere quer zur Fahrtrichtung verschiebbar ist, und die Erfindung darin gesehen
wird, daß jedes der beiden Rollenpaare aus Rollen mit konkaver Mantelfläche besteht.
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Der jeweilige Abstand der Mittenlinien beider Rollenpaare wird in
an sich bekannter Weise durch einen Längenindikator angezeigt.
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Wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Radpaar auf die beiden
Rollenpaare aufgefahren und werden die Rollenpaare dann in Drehbewegung versetzt,
was entweder durch den Antriebsmotor des zu untersuchenden Wagens erfolgen kann
(z.B. bei Vorderradantrieb) oder durch einen Antrieb der Rollen selbst, so verschieben
sich die Räder selbsttätig nach der tiefsten Stelle der konkaven Manteloberfläche
der Rollen. Dabei wird das quer zur Fahrtrichtung verschiebbare Rollenpaar solange
verschoben, bis beide Räder ihre Normalstellung zu den Rollenpaaren eingenommen
haben. Dieses Verschieben der zu untersuchenden Räder in die mittlere Zone der konkaven
Mantelfläche bildet die Grundlage und den Ausgangspunkt für alle weiteren Messungen
und Meßverfahren. Man kann indessen mit dieser Vorrichtung, indem man den Abstand
der Mittenlinien beider Rollenpaare mit Hilfe des Längenindikators bestimmt, bereits
die tatsächliche Spurweite exakt festlegen und mit dem Sollwert der Spurweite vergleichen.
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Der Antrieb der Rollen kann bei Wagen mit Front antrieb oder, wenn
die Spurweite der Hinterräder gemessen werden soll, durch den Antriebsmotor des
Wagens erfolgen, Da indessen das Messen und Einstellen der Radaufhängung der gelenkten
Vorderräder jedes Kraftwagens die wichtigste Aufgabe der Erfindung sind und Wagen
mit Frontantrieb nur einen geringen Bruchteil aller in Betrieb befindlichen Kraftwagen
darstellen, ist es
zweckmäßig, wenn die Rollen selbst mit einer
Antriebsvor richtung ausgestattet werden. Als Antriebsmotoren kommen sowohl Elektromotoren
als auch hydraulische Motoren in Frage.
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Wählt man Elektromotoren, welche gleichzeitig bei Umschaltung als
Generatoren laufen können, so kann man diese Motoren gleichzeitig dazu benutzen,
bei Antrieb durch den Fahrzeugmotor die von den Rollen aufgenommene Leistung zu
messen.
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Das gleiche gilt für liydraulische Motoren, die auf Pumpbetrieb umgeschaltet
werden können. Da in manchen Versuchsstadien einzelne Rollenpaare stillgesetzt werden
müssen, ist es zweckmäßig, alle Rollen mit Bremsvorrichtungen auszustatten.
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Um ein Herabrollen der zu prüfenden Räder von den Rollenhaaren zu
vermeiden, sollte man jeweils nur die vorderen Rollen mit einem Antriebsmotor versehen,
die hinteren Rollen, in Fahrtrichtung gesehen, aber leer mitlaufen lassen.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird jedes Rollenpaar auf
einem Drehtisch gelagert, der sich um eine vertikale Achse frei drehen kann. Der
eine der beiden Drehtische wiederum ruht auf einem in Fahrtrichtung verschiebbaren,
geführten Wagen oder Schlitten, der andere auf einem in lateraler Richtung verschiebbaren,
geführten Wagen oder Schlitten.
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Jeder Drehtisch ist mit einem Wirilcelgeber und jeder Wagen oder Schlitten
mit einer Meßvorrichtung für den Verschiebungsweg ausgestattet.
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Mit einer solchen Vorrichtung kann man über den gesamten Lenkbereich
die Spurlfinkel der einzelnen Räder messen und aus der Differenz den Smurdifferenzwinkel
für den ganzen Lenkbereich ermitteln. Dabei ist folgendermaßen vorzugehen:
a)
Die Antriebsvorrichtungen beider Rollenpaare sind erneut einzuschalten, das Steuerrad
auf Mittelstellung einzustellen; b) dann ist die Antriebsvorrichtung für ein Rollenpaar
stillzusetzen, während die für das andere Rollenpaar weiterläuft; c) im Anschluß
hieran muß die Steuerung innerhalb des gesamten Lenlcbereiches in vorgeschriebenen
Intervallen, z,B. 5° ,verstellt werden d) dann ist die Stellung der Drehtische gegenüber
einer raumfesten Achse mit Hilfe der Winkelgeber zu messen und schließlich e) sind
die getrennt sich ergebenden Winkel miteinander zu vergleichen und aus der Differenz
der Spurdifferenzwinkel zu ermitteln.
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Man kann die Vorrichtung auch mit einer elektrischen'Einrichtung versehen,
welche die von den Winkelgebern ermittelten Werte verarbeitet und iiber den gesamten
Lenkungsbereich in analoger Form oder in digitaler Form auswirft.
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Auch die Einwirkung der Bremskraft oder äußerer Kräfte, wie Winddruck
oder Fliehkraft bei langen Kurven, auf den Spurdifferenzwinkel kann mit der Vorrichtung
exakt ermittelt werden. Durch Vergleich des so ermittelten Spurdifferenzwinkels
mit dem Spurdifferenzwinkel bei Normallast erhält man das Lenkspiel und kann feststellen,
ob es sich innerhalb der zulässigen Grenzen hält oder einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Werden als Träger für die Drehtische Schlitten benutzt, so können
sie in an sich bekannter Weise in Schlittenfuhrungen geführt werden. Werden Wagen
als Träger der Drehtische benutzt, so kann man entweder um vertikale Achsen drehbare
Führungsrollen als seitliche Abstützung benutzen oder die
Räder
einer Seite mit spitzafinkligen Rillen versehen und auf einer entsprechend gestalteten
Schiene laufen lassen.
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Eine sehr einfache Art der Radfiihrunp crhält man durch Verwendung
einer aus zwei Schlfinghebeln bestehenden Parallelführung. Die Querverschiebung
zur Fahrtrichtung des Wagens ist hierbei so geringfügig, daß sie sich auf das Meßergebnis
praktisch nicht auswirkt, und kann daher in Kauf genommen werden.
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Die Reibung ist bei den oben beschriebenen Konstruktionen bereits
auf ein Minimum der bei mechanischen Konstruktionen möglichen Reibungswerte herabgedrückt.
Werden sehr hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Messungen gelegt, so können die
Schlitten für ihre Gleitbewegung mit Luftkissen oder mit hydraulischen Kissen ausgestattet
werden. In diesem Fall erreicht die Reibungsarbeit praktisch den Wert Null. Das
gleiche Ergebnis kann man erreichen, wenn man die Schlitten für ihre Gleitbewegung
mit einem Magnetkissen ausstattet, das entweder durch einen Elelçtromagneten oder
durch einen Permanentmagneten erzeugt wird.
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Außer den bereits beschriebenen Verfahren kann mit der erwahnten Vorrichtung
auch ein Verfahren zur Bestimmung des Radschlags durchgeführt werden. Zu diesem
Zweck wird der Winkelgeber so geschaltet, daß nur seine Wechselgröße zur Anzeige
gebracht wird, wobei die Freouenz durch die UmlaufSeschwindigkcit des Rades gegeben
ist. Die Messung ist fiir jedes Rad getrennt durchzlzriikrren, und zwar bei normaler
Abrollast und unter zusätzlicher Bremslast.
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Die Bremswirkung auf ein Radpaar kann dadurch überprüft werden, daß
nach Einstellen der Räder auf ihre Mittellage die Bremsen betätigt werden und dabei
die von den Rollen aufgenommene Leistung gemessen wird. Ist das Fahrzeug mit Frontantrieb
ausgestattet, oder werden die Hinterräder vermessen, so wird nach Einstellung der
Räder in die Mittellage der Fahrzeugmotor eingeschaltet und dann die Bremskraft
an den Rollen gemessen.
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Auch die von den angetriebenen RFEdç?rn auf das Fahrzeug übertragene
Antriebskraft kann mit der Vorrichtung ermittelt werden. Zu diesem Zweclc werden
die angetriebenen Räder mit Hilfe elektrischer oder hydraulischer Mittel auf eine
praktisch gleiche Rollgeschwindigkeit eingestellt und anschließend wird die Leistungsabgabe
der Achsen entweder getrennt an den Einzelrädern oder gemeinsam als Achsleistung
ermittelt.
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In manchen Fällen, insbesondere beim Uberpriifen von neuen Wagen beim
Verlassen des Herstellerwerks ist es erwünscht, die Räder beider Achsen ohne nochmaliges
Versetzen des Wagens zu überprüfen. Für diesen Fall werden in einem gemeinsamen
Bett oder Rahmen mehrere Vorrichtungen der oben beschriebenen Art, und zwar für
jede Achse eine Vorrichtung, so eingebaut, daß sie in Fahrtrichtung gegeneinander
verschiebbar sind. In diesem Fall wird mit Hilfe der querverschiebbaren Wagen oder
Schlitten vor Beginn der Einzelmessungen die Fahrzeugmittellinie auf die Referenzachse
der Prtifeinrichtung eingestellt.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung können somit alle für die Beurteilung
der Radaufhäning bei einem Kraftfahrzeug notwendigen Messungen nach einmaliger Justierung
jeder Achse vorgenommen werden. Fehler die durch mehrmaliges Justieren optischer
Mittel eintreten können, werden mit Sicherheit vermieten. Man erhn;lt daher innerhalb
ungewöhnlich kurzer Zeit ein exaktes Gesamtbild der Radaufhängung.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der-Erfindung dargestellt.
Die beiden Meßwagen sind hierbei zur Erläuterung der bestehenden Möglichkeiten mit
zwei verschiedenen Geradführungen ausgestattet. Die Abbildungen zeigen im einzelnen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine gemäß der Erfindung gebaute Anlage; Figur 2 einen
Vertikalschnitt parallel zu den Achsen der beiden Rollen durch den linken Teil der
Anlage;
Figur 2 a einen Schnitt senkrecht zur Mildebone von Figur
2 durch den rechten unteren Teil des Meßwagens, kurz vor der Laufrolle; Figur 3
einen Vertikalschnitt senkrecht zu den Rollenachsen, durch den rechten Teil der
Anlage.
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Die gesamte Prüfanlage ist aufgebaut auf einen Grundrahmen 1.
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Der Grundrahmen besteht im wesentlichen aus zwei Längs trägern 11
und 21, die durch 4 Auflagerschienen 71 fest miteinander verbunden sind. Sowohl
die Läntsträger als auch die Auflagerschienen haben U-förmigen Querschnitt. Die
L.>ngsträger ruhen mit ihren Flanschen auf den Stegen der Auflagerschionen und
sind an den Verbindungsstellen mit ihnen verschweißt. Die Auflagerschienen werden
beim Aufbau des Geräts in Sand oder Erde eingebettet und ermöglichen ein genaues
ausrichten des Rahmens in der Horizontalebene. Der Grundrahmen kann jedoch auch
einbetoniert sein.
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Auf dem Grundrahmen sind zwei Meßwagen 2 und 3 angeordnet, und zwar
so, daß sich der linke Meßwagen 2 in Fahrtrichtung des auf dem Gerät stehenden Wagens,
der rechte 3 senkrecht zur Fahrtrichtung bewegen kann. Zu diesem Zweck sind im linken
Teil des Geräts über die Längsträger 11 und 21 zwei
Schienen 31 und 41 von U-förmizen Querschnitt gelegt. Diese Fahrschienen laufen
parallel zu den Auflagerschienen 71 und sind aufrechtstehend, das heißt mit lotrechtem
Steg auf die Längsträger aufgesetzt. Der auf den Längsträgern aufruhende Flansch
ist an den Auflagestellen mit ihnen verschweißt, sodaß sich eine unverrückbare Fahrbahn
für den in Richtung des zu prüfenden Wagens verfahrbaren Meßwagen ergibt. Als Fahrbahn
für den rechten Meßwagen 3 sind zwei Fahrschienen 51 und 61 parallel zu den Längsträgern
21 und 11 auf dieses aufgesetzt.
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Die Fahrschienen 51 und 61 haben den gleichen Querschnitt wie die
Fahrschienen 31 und 41 und sind ebenfalls aufrechtstehend auf den Längs trägern
angeordnet und an ihrem unteren Flansch mit ihnen verschweißt.
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Die beiden Meßwagen sind in ihrem Aufbau sehr ähnlich und stimmen
in wesentlichen-Teilen miteinander überein. Beide bestehen aus je einer unteren
verfahrbaren Plattform und einer oberen schwenkbaren Plattform. Hauptteil der unteren
Plattform ist eine etwa quadratische Platte, die beim Meßwagen 2 mit 32, beim Meßwagen
3 mit 33 bezeichnet ist.
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An der Unterseite der Platte 32 sind drei Träger von U-förmigem Querschnitt
angeschweißt, ein Mittelträger 12 und zwei etwas leichtere Außenträger 22. In ähnlicher
Weise ist die Platte 33 des Meßwagens 3 mit einem Mittenträger 13 und zwei Außenträgern
23 versehen. In die Außenträger 22 und 23 sind Jeweils an ihren Enden rechteckige
Blöcke 82 bzw. 83 eingeschweißt. Diese Blöcke dienen zur Aufnahme von Lagern 92
(Figur 2a) für die Baufrollenwellen 52 bzw. 53. Jede Laufrollenwelle trägt an den
aus den Lagern vorstehenden Enden je eine Laufrolle. Bei den Wellen 52 sind die
Laufrollen der linken Seite mit 62 die der rechten Seite mit 72 bezeichnet.
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Beide Laufrollengruppen sind nach außen hin leicht kegelig abgedreht,
derart, daß sie sich der Neigung der Flanschinnenseite anpassen. Bei den Laufrollen
des Meßwagens 3 sind die der linken Seite 63 anders ausgebildet als die der rechten
Seite 73. Die Laufrollen der rechten Seite haben eine normale zylindrische Form.
Um eine horizontale Laufbahn für diese zylindrischen Laufrollen zu erhalten, ist
auf der Innenseite des unteren Flansches der Fahrschiene 61 eine besondere Laufschiene
91 angebracht. Diese Laufschiene ist mit dem Flansch verschweißt sie könnte auch
angeschraubt oder auf andere Weise fest mit ihm verbunden sein. Die Laufrollen 63
sind an ihrem Mantel rillenförmig ausgedreht. Sie laufen auf Schienen, deren Querschnitt
im oberen Teil die Form eines gleichschenklig rechtwinkligen Dreiecks hat, während
der sich anschließende trapezförmige Teil oben durch eine waagrechte Gerade unten
durch eine leicht geneigte Gerade begrenzt ist, deren Winkel zur Horizontalen der
der Innenseite des unteren Flansches des Trägers 51 entspricht. Diese Schiene ist
mit dem Flansch durch schweißen verbunden und dient als Führungsschiene für den
Meßwagen. In jede Mittelschiene, 12 und 13, ist ein Block 42 bzw. 43 eingeschweißt
mit
einer Bohrung für die Aufnahme eines Königszapfens 14 bzw. 15. Die Platten 32 und
33 haben auf ihrer Oberseite eine konzentrische Ausdrehung und in der Mitte eine
Narbe, die ebenfalls zur Führung des Königszapfens dient.
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Das Drehgestell 4 des linken Meßwagens ist auf einer Platte 34, das
Drehgestell des rechten Meßwagens auf einer Platte 35 aufgebaut. Beide Platten haben
wiederum eine quadratische Form, sind jedoch kleiner als die Platten 32 und 33 der
Fahrgestelle. Die Platten sind an ihrer Unterseite außen konzentrisch abgedreht.
Sie ruhen auf Traglagern 44 bzw. 45, die mit ihrem unteren Tragring in der Ausdrehung
der Platten 32 bzw. 33, mit ihrem oberen Tragring in der Abdrehung der Platten 34
bzw. 35 zentriert sind. In der Mitte hat jede der beiden Platten 34 tmd 35 eine
nach unten vorspringende Narbe.
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Diese Nafibe dient zur Aufnahme des Außenringes eines Führungskugellagers
54 bzw. 55, dessen innerer Ring über den Königszapfen 14 bzw. 15 geschoben ist.
Die Königszapfen haben oben einen Kopf, der sich auf den inneren Ring des jeweiligen
Führungskugellagers aufstützt und werden am unteren Ende durch je eine Schraubenmutter
24 bzw. 25 gehalten. Nach oben sind die Führungskugellager und der Kopf des Königszapfens
durch je einer Haube 64 bzw. 65 abgedeckt. Die Haube dient gleichzeitig dazu, den
Außenring des Führungskugellagers gegen einen Ansatz der Nafbe anzudrücken. Auf
die Platte 34 ist an ihrem unteren Ende (Figur 1) eine Tragschiene 57 und an ihrem
oberen Ende eine Tragschiene 67 aufgesetzt. In gleicher Weise ist die Platte 35
des Drehgestells 5 unten mit einer Tragschiene 59 oben mit einer Tragschiene 69
versehen. Alle Tragschienen sind (vergl. Figur 3) mit den Flanschen nach unten auf
die Platten aufgesetzt und an den Flanschen mit ihnen verschweißt. Auf diesen Tragschienen
sind aufrechtstehend zwei Träger 26 und 27 von U-förmigen Querschnitt angeordnet.
Die Träger ruhen mit ihrem unteren Flansch auf den Tragschienen auf und sind an
den Verbindungsstellen mit ihnen verschweißt. In gleicher Weise sind die Träger
28 und 29 mit den Tragschienen 59 und 69 verbunden.
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Jedes Drehgestell enthält zwei Richtrollen. Sie sind bei Drehgestell
4 mit 6 und 7, bei Drehgestell 5 mit 8 und 9 bezeichnet. Zwei der Richtrollen, 6
und 8, sind angetrieben, die andern beiden Richtrollen, 7 und 9, sind frei laufend-ge
1Llgert.Die Richtrollenlager, bei Richtrollen 6 mit 36 und 37 bezeichnet, sind an
den aufrecht stehenden Trägern, in diesem Falle 26 und 27 befestigt. Die Richtrolle
6 ist über eilt Getriebe 47 mit einem Elektromotor 46 gekuppelt. In gleicher Weise
ist die Richtrolle 8 über ein Getriebe 49 mit einem Elektromotor 48 gekuppelt. Der
Elektromotor 46 wird getragen von einem Schienenstück 56, das, unter dem Träger
27 durchgreifend, bis annähernd zum Rand der Haube 64 geftihrt nnd einerseits mit
der Platte 34 andererseits mit dem Trager 27 verschweißt ist. Die gleiche Aufgabe
erfüllt beim Motor 48 ein Schienenstück 58, das unter dem Träger 29 durchgeschoben
und mit diesem und der Platte 35 verschweißt ist. Die Schienenstücke 56 und 58 wirken
dabei gleichzeitig als Mittelstütze für die Träger 27 bzw. 29. In der Verlängerung
der Schienenstücke 56 und 58 sind auf der anderen Seite der Haube ebenfalls Schienenstücke
unter die Träger 26 und 28 geschoben und in gleicher Weise mit diesen und den Platten
34 bzw. 35 verbunden.
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Der Meßwagen 3 ist, wie erwkhnt,quer zur Fahrtrichtung geführt, irnd
zwar durch die Laufrollen 63 und eine Führungsschiene 81.
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Die Führung des Meßwagens 2 ist als Parallelführung ausgebildet, wobei
die Führungsstangen 10 und 20 einerseits gelenkig mit dem Träger 31 andererseits
ebenfalls gelenkig mit je einem Ansatz der Platte 32 verbunden sind. An der linken
Seite des Meßwagens 2 ist eine Meßvorrichtung 30 angeordnet, die teils am oberen
Flansch des Trägers 31, teils am Steg des Mittelträgers 12 angebracht ist, Die Anzeigevorrichtung
dient dazu, Verschiebbungen des Meßwzgens 2 gegenüber seiner Mittelstellung anzuzeigen,
Eine gleiche Meßvorrichtung 40 ist auf der rechten Seite des Meßwagens 3 (in Figur
1 oben) angeordnet. Auch hier ist ein Teil der Meßvorrichtung am Träger 61 der andere
Teil am Mittelträger 13 des Meßwagens angebr+hst