DE2611123A1

DE2611123A1 - Reifenabrieb-pruefmaschinen

Info

Publication number: DE2611123A1
Application number: DE19762611123
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: HASBACH KG MASCHF GEB
Current assignee: HASBACH KG MASCHF GEB
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2611123B2; DE2611123C3

Description

R ei f e n a b r i e b -P r ü f m a 5 c h i n e n
1. Allgemeines Verschleißuntersuchungen an Reifen werden heute noch in großem Umfang mit Strassenfahrzeugen durchgeführt, die jedoch nicht nur mit unverhältnismässig hohen Kosten und hohem Zeitaufwand belastet sind, sondern auch wegen der Witterungsverhältnisse nicht jederzeit und wegen der geographischen Verhältnisse nicht überall in gleicher Art durchführbar sind.
Da derartige Abriebwerte nicht nur für die Reifenhersteller, sondern auch für die chemische Industrie der Rohstoffe, die Autoindustrie, die Strassenbauer und die Behörden interessant sind, wurden bereits öfters Bemühungen unternommen,derartige Messungen unter die exakten und billigen Bedingungen von Laboratorien zu bringen, ohne daß diesen Bestrebungen bisher zufriedenstellende Erfolge beschieden gewesen wären.
Der Hauptgrund für die bisherigen Mißerfolge ist darin zu sehen, daß die verschiedener. auftretenden Probleme zu einfach gesehen und die entscheidenden Vorgänge der Praxis in ungenügender Weise se nachgestellt wurden.
2. Grundlagen Abrieberscheinungen treten an der Lauffläche von Reifen auf, wenn infolge der wirkenden Kräfte und Momente partiell oder auf der gesamten Aufetandsfläche Relativbewegungen ( Gleitungen, Schlupf ) zwischen Reifen-und Fahrbahnoberfläche vorhanden sind.
Solche Relativbewegungen entstehen dann, wenn bei gerader wahrt die Umfangskräfte ( Antriebs oder Bremskräfte ) oder bei Kurvenfahrt die Seitenkräfte ( Momente ) die Haftgrenze überschreiten.
Um bei verschiedenen Frobestücken die gleichen Reihungen wie bei Erprobungen auf fahrzeugen zu erhaltensist,es notwendige die Gleitungen und Reibbewegungen auf eine ganz bestimmte Art zu erzeugen und auf ein bestimmtee Auemsß zu bringen.
Bei Vergleichsfahrten mit verschiedenen Reifen muß mit gleichen Fahrzeugen, mit gleicher Beladung, gleicher Fahrweise (Fahrer), gleicher Radstellung, gleichen Strassenzuständen, gleichen Witterungsverältnissen und gleichen Geschwindigkeiten auf der geraden Bahn und in der Kurwe gefahren werden Das ergibt dann einen gleichen Verlauf der Antriebs-und Bremskräfte und der Kurvenkräfte, aber bei verschiedenen Gummimischungen oder verschiedenen Reifenmustern zeigen sich bei der geraden Fahrt keine gleichen Gleitbewegungen oder gleicher Schlupf und in den Kurven keine gleichen Schräglaufwinkel.
Gerade Schlupf und Schräglaufwinkel wurden in der Vergangenheit gerne zur Steuerung des Abriebs auf Prüfmaschinen benützt,weil sich dabei relativ einfache 4aschinenkonstruktionen ergaben, worin der rsauptgrund für die bisherigen Mißerfolge zu suchen ist.
Bei fixiertem Schlupf oder fixiertem Schräglaufwinkel ergeban Reifen mit höneren Reibbeiwerten grössere Reibkräfte und damit höhere Abriebsbeanspruchungen, was aber gerade verkehrt ist, da bei Beanspruchung auf gleiche Fahrschärfe(gleiche Kräfte) Reifen mit höheren reibwerten kleineren Schlupf und kleinere Schräglaufwinkel zeigen.
Beim Strassenlauf auf trockener Fahrbahn wird die molekulare Berührung der Reifenoberfläche mit der Fahrbahn weitgehend verhindert, die abgetragenen Gummipartikel vom staub eingehüllt und von den Atmosphärilien anschließend beseitigt. Wesentliche Veränderugen des molekularen Zustandes der Reifenoberfläche treten dabei nicht ein, ausser es kommt zu einer längeren Blockierbremsung, die aber keinen normalen Abrieb darstellt.
Bei sortierten Laborläufen auf trockenen Binnen kommt es bei den heute verwendeten Gümmisorten auch bei Verwendung von Reibbelägen ( Schmirgelpapier, Korundpapier udgl.) infolge der Knetvorgänge, der Temperatur und der mangelhaften Beseitigung der Abtragungsteile leicht zu einer Depolimerisierung der Reifenoberfläche, wodurch diese und die abgetragenen Teile klebrig werden. Infolge dieser Umstände werden die Abriebpartikel schlecht abgestoßen und können auch nicht abgeblasen werden, was der. Testverlauf völlig unreal macht.
Bei Strassenfahrt und mittlerer Beanspruchung liegt das Ausmaß des Abriebes auf befestigten Bahnen ( Asphalt, Beton ) in aer gemäßigten geographischen Zone für PXW-Reifen etwa zwischen o,l5 u. 0,25 mm/looo km Fahrstrecke und für LXW-seifen werden Werte zwischen o,l5 u.o,45 mm/looo km erreicht, Auch diese Werte aürfen im Labortest nicht wesentlich über-oder unterschritten werden, da sich sonst leicht Reihungsänderungern ergeben.
Das Ausmaß des Äbriebes kann nach Labortesten in gleicher Weise wie nach Strassentestennüber die Abnahme j;der Gummidicke oder die Reduktion des Gewichtes festgestellt werden.
3. Erfindungsinhalt Die moderne Meß-und Steuerungstechnik macht es möglich, Bewegungsvorgänge in fast beliebiger Weise in Abhängigkeit von vorbestimmten Einflußgrössen zu steuern.
Erfindungsgemäß soll diese Möglichkeit dazu benützt werden, Abriebvorgänge am laufenden Reifen so zu steuern, daß die Reibkräfte in der Aufstandsfläche für alle Prüfstücke entweder konstante Werte oder vorbestimmte Verläufe annehmen.
Derart definierte Reibkräfte können nach folgenden Möglichkeiten erzeugt werden: 3.d Umfangskräfte Umfangskräfte treten auf, wenn das in Richtung seiner Mittelebene anlaufende Rad ( gerader Lauf ) gezwungen wird, Drehmomente um seine Drehachse zu übertragen.
Dazu ist es notwendig. das Rad und die ale Ablufbahn aienende Unterlage k Trommel, Scheibe, Band ) mit je einer mechanische Leistung abgebenden Xraftmaschine ( Elektromotor, Hyar. Motor ) und mit leistungsafnehmenden Kraftmaschine ( mech. Bremse, hydr.Bremse, Elektrogenerator, hydr. Generator udgl. ) zu verbinden und so zu steuern, daß Umfangs-Reibkräfte der gewünschten Grösse entstehen.
Während sich für grössere Anlagen mechanische-und hydraulische Bremsen wegen der hohen Dauerverluste nicht so gut eignen, bieten sich zwei Elektrosysteme an, welche die Eigenschaft aufweisen nur die Systemverluste des Triebes dem ßnergienetz zu entnehmen ( Energierückführung ) und somit sehr wirtschaftlich arbeiten. Infrage kommen: . Zwei Gleichstrommaschinen deren Anker elektrisch-leitend verbunden und über den laufenden seifen mechanisch gekuppelt sind und die über die Ankerspannung und die magnetischen Felder nach Drehzahl und Drehmoment gesteuert werden können.
.Eine Gleichstrommaschine als Antrieb und ein Drehstrom-Asynchron-Generator als Bremse. Diese zweite Anordnung ist zwar einfacher und billiger aber in der Drehzahl nicht eo freizügig verwendbar wie die erste.
Wegen der unterschiedlichen Verformung des Reifens und seiner Aufstandsfläche ist es nicht gleichgiltig, ob die Umfangskraft am Reifen in Laufrichtung ( angetriebenes Rad ) oder gegen die Laufrichtung ( gebremstes Rad ) engreift.
Die Grösse der zur Steuerung des Abrollvorganges verwendeten Umfangskräfte kann intern durch eine Meßnabe im Rad oder extern durch die Bestimmung der Drehmomente, Lagerreaktionen, der Spannung in den Konstruktionsteilen der Radaufhängung oder dchlieB-lich über elektrische Werte der Kraftmaschinen erfaßt werden.
Die Möglichkeiten der dabei notwendigen Verfahrenstechnik können als bekannt vorausgesetzt werden.
3.2 Seitenkräfte Seitenkräfte ( in der Acherichtung liegende Querkräfte ) treten auf,wenn das Rad gezwungen wird in einer Richtung abzulaufen die nicht mit der Mittelebene des Rades übereinatimmt ( Schräglauf ). Zur Erzielung dieses Zustandes ist nur eine Xraftmaschine notwendig.
Die Bestimmung Qer Seitenkräfte kann wieder intern über Meßnaben oder extern über Lagereaktionen, über die Spannung in Konstruktionsteilen oder über Gewichtsbelastung erfolgen.
Da die Seitenkraft geometrisch in eine in Laufrichtung und eine quer zur Laufrichtung liegenae Komponente zerlegt werden kann, treten gleichzeitig mit Seitenkraften auch Umfengskräfte auf, die in einem strenge Verhältnis zueinander stehen.
Bei kleinen Schräglaufwinkeln ist die Seitenkraft dem sog.
Rückstellmoment um die Reifenhochachse proportional, weshalb in diesen Bereichen auch dieses zur Steuerung verwendet werden kann.
3.3 Umfangs-und Seitenkräfte gleichzeitig Mit den gescnilderten Konstruktionen können Umfangs-und Seitenkräfte auch gleichzeitig erzeugt werden. Deren Grössen können zwar im Verlauf zueinander in einem beliebigen Verhältnis atehen, die geometrische Summe ihrer Maxima kann aber einen bestimmten Betrag nicht überschreiten, da er durch den Reibungsbeiwert fixiert wird ( Reibungekreis, Reibungsellipse ) .
3.4 Konstrucktionsauslegung Der Ablauf der Prüfstücke kann erfolgen auf 3.4.1 Ausgenfläche einer Trommel (Fig. 1) Durch Anordung von zwei Kraftmaschinen t und K2 können auf den unter Radiallast L auf der Trommel T ablaufenden Reifen Umfangskräfte und durch Verschwenkung des Reifens um den Schräglaufwinkel α Seitenkräfte erzeugt werden.
Durch Änderung des Drehmomentes eines der beiden Kraftmschinen ist es möglich Antriebs-oder Bremezustände zu simulieren.
3.4.2 Innenfläche einer Trom;nel ( Fig 2 ) Die Erzeugung der Reibkräfte erfolgt in gleicher Weise wie auf der Aussentrommel.
3.4.3 Scheibe ( Fig 3 ) In ähnlicher Weise wie auf einer Trommel ist die Erzeugung der Reibkräfte auch möglich, wenn der Reifen auf einer Scheibe S abläuft. Es muß allerdings berücksichtigt werden, daß infolge der ungleich langen Schulterwege auf den beiden Schultern ungleiche Abriebverhältnisse herrschen, die allerdings durch periodische änderung des Vorzeichens des Schräglaufwinkels gemilaert werden können.
3.4.4 Endloses Band oder Gliederband Fig. 4 Wenn der Reizen auf einem Band B abläuft, dann erfolgt die Erzeugung der Reibkäfte grundsätzlich in gleicher Weise wie auf der Trommel oder der Scheibe.
Dem Vorteil der völlig ebenen Aufstandsfläche auf dem Band steht die Notwendigkeit der Abstützung der Reifenslast durch ein Druckluftpolster P und des damit verbundenen Aufwandes gegenüoer.
3.5 Treibmittel Wegen der in den Grundlagenerklärungen gegebenen Erklärungen ist es wegen der Erhaltung der Angriffschärfe und der Beseitigung der Abriebmassen zweckmässig, Reibmittel in ungebundener Form zu verwenden.
Diese Reitmittel können sein * Gesteilboruch ( Granit, Dolomit, Basalt .. ) * Flußsand (Quarz) * Natürliche u. synthetische Schleifmittel ( Schmirgel, Korund, Siliziumkarbid ... ) Es können Korngrössen zwischen o,o5 und 1,5 mm zur Verwendung kommen. Zur Konstanthaltung des Verschleißes ist es jedoch unbedingt notwendig, durch Siebung eine enge Tolenranz der Korngrössen und bei Mischungen eine einheitliche Zusammensetzung zu erreichen.
Die Zuführung der Reibmittel kann durch ihr eigenes Gewicht über Fallrinnen, durch Schüttelrinnen oder durch Aufblasn erfolgen. Die Beseitigung nach dem Durchlauf erfolgt je nach Bauweise aer Maschine durch das eigene Gewicht oder durch Abstreifvorrichtungen.
3.6 Zlein-Labbr-Abriebmasschine. ( Fig 5 Neben der Abriebkontrolle an handelsüblichen Reifen zirka Versuchestücken aus der Entwicklung der Reifenindustrie sind Abriebteste auch für die chemische Industrie als Herstellerin von Mischungsbestandteilen (synthetische Kautschuke, Russe, Weichmacher, Beschleuniger, Alterungeschutzmittel ual. X una für jene Arbeitsgruppen der Reifenindustrie interssant, welche Mischungsrezepte erproben.
Hier geht es unter weitgehendem Ausschluß der Mustereinflüsse um den spezifischen Verschleiß verschiedener Gummisorten und für solche Teste empfiehlt sich aus wirtschaftlichen Gründen die Verwendung von Mini-Reifen oder sogar nur sheibenförmagen Prüfkörpern.
Mit der Schräglaufmethode unter Verwendung einer Zaufscheibe und dem Rückstellmoment als Steuergrösse läßt sich eine hiefür geeignete und besonaers einfache und preIswerte Einrichtung bauen.
Auf einer Scheibe 1 aus sehr abriebfesten Material läuft der Prüfkörper 2, dessen Achse in positivem oder negativem Schräglaufwinkel zur Scheibentangente im Aufstandsmittelpunkt steht.
Der Prüfling sitzt auf einem gekröpften Achskörper 3, welcher durch eine Linie schwenkbar ist, die durch den Mittelpunkt der Aufstandsfläche verläuft und senkrecht zu einer steht.
Die radiale Belastung des Prüfkörpers kann einerseits durch entsprechendes Absenken des gekröpften Achskörpers 3 mit hilfe des Gewichtes 4a , wozu dessen Achse 5 verarehbar und achsverschieblich einzurichten ist. 4 * erfolgen Andererseits kann die gleiche Belastung durch Anheben der Laufscheioe 1 gegen den Reifen durch das Gewicht 4b herbeIgeführt werden. In diesem Fall muß ale Drehtjchse 6 drehbar und achsverschieblich ausgeführt werden.
Der Scheibentisch wird vom Motor 7 über entsprechenae Übersetzungen angetrieben.
Die konstante Seitenkraft bzw. das Moment wird durch Seilzüge erreicht, welche über eine Scheibe und Rollen laufen und jeweils durch eines der Gewichte 9a oder 9D belastet sind.
Um die ungleichmässige Abnützung der Aussen-und Innenschluter des Prüfkörpers zu kompensieren, werden periodisch in fixierten Zeilabständen mit Hilfe des Hebelwerkes lo abwechselnd die Gewichte 9a oder 9D zur Wirkung gebracht, wodurcn der Schräglaufwinkel sein Vorzeichen ändert.
Zur Verhinderung von Schwingungen trägt der gekröpfte Acnskörper einen Schwingungsdämpfer.
Die Zuführung des Schleifmaterials vom Vorratsbehälter 12 erfoglt über eine Einstelldüse 13 über ein Fall-oder Schüttelrohr au die Laufscheibe 1 von wo es:nach dem Durchlauf von einer Abstreifvorrichtung 15 be den Scheibenrand abgestreift und in das Abfallgefäß 16 befördert wird.
Als Abriebmittel ist wegen der Wirtschaftlichkeit und Gleichmässigkeit Flußsand vorzuziehen.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e U Verfahren zum Prüfen des Abriebverlustes von radiel belasteten Luftreifen oder scheibenartigen Prüfkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich verschiedoner Proben bei konstanten Reibkräften oder gleichartigem Verlauf der Reibkräfte herbeigeführt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkräfte durch Umfangekräfte am gerade ablaufenden Prüfkörper erzeugt werden.
3. Verfanren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfungsgeschwindigkeit der Probe grösser Ist als jene der Laufbahn ( Trommel, Scheibe, Band, Gliederband Antriebszustand.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Probe kleiner ist als jene der Laufbahn. Bremszustand.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die.

Reibkräfte durch Schräglauf der Proben erzeugt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4 u.5 dadurch gekennzeichnet, daß die Proben gleichzeitig oder nach Programm hintereinander durch Reibkräfte aus Umfangs- und Seitenkräften beansprucht werden.
7..Verfahren nach Anspruch 2,5 u.ó dadurch gekennzeichnet, daß als xaufunterlage die Aussenfläche einer Lauftrommel verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2,5 u.6 dadurch gekennzeichnet, daß als Baufunterlage die Innenfläche einer Lauftrommel verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2,5 u.6 dadurch gekennzeichnet, daß als flaufunterlage eine scheibe verwendet wird, die sich um eine zur Scheibenfläche senkrechte Achse dreht.
lo. Verfahrn nach Anspruch 2,5 u.6 dadurch gekennzeichnet, daß als Laufunterlage ein Band oder Gliederband verwendet wird.
11. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Gummiprobe als auch die Laufunterlage mit je einer rotierrenden Kraftmaschine mechanisch verbunden ist, die beide elektrisch derart gesteuert werden, daß die Probe ein bestimmtes Drehmoment überträgtt
12. Prüfeinrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftmaschinen Gleichstrommaschinen verwendet weraen le elektrisch gekuppelt sind über kser-und Feldspannung die Regelung von Drehmoment und Drehzahl ermöglichen.
13. Prüfeinrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß zunl Antrieb eine Gleichstrommaschine und zum Abtrieb ein Drehstrom-Asynchron-Generator Verwendung findet, der die -'oertragene Leistung ins Netz rückspeist.
14. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb nur ein Motor verwendet wird.
15. Prüfeinrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß die Reibunterlage angetrieben wird.
16. Prüfeinrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß die Probe angetrieben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1,2,5 u. 6 dadurch gekennzeichnet, daß als Laufunterlage abriebfestes Material und nicht gebundenes Reibmaterial Verwendung findet.
18. Prüfeinrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmaterial vor dem Prüfstück aufgebracht und hinter dem Prüfstück wieder beseitigt wird.
19. Prüfeinrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß als Reibmaterial handelsübliches Schleifmaterial Verwendung findet.
20. Prüfeinrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß Flußsand (-Quarzsand ) als Schleifmittel Verwendung findet.
21. Prüfeinrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß Gesteinsmehl von Ergußgesteinen ( 3asalt, Granit Verwendung findet.
22. Prüfeinrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie für Klein-Reifen und scheibenartigen Gummikörpern zur Kontrolle von Gummiproben und Mischungsmaterial Verwendund findet.
23. Prüfeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper auf einer gekröpften Achse derart befestigt ist, daß er um den geometrischen Mittelpunkt der Aufstandsfläche gedreht und gleichzeitig radial belastet werden kann.
24. Prüfanordnung nach Ansprüch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die gekröpfte Achse längsverschieblich konstruiert und durch ein Gewicht die Reifenbelastung erzeugt wird,
25. Prüfanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewicht durch Heben der Drehscheibe die Reifenlast erzeugt.
26. Prüfanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als steuernde Neßkraft das Moment um die Hochachse des Prüfkörpers verwendet und durch Gewichte erzeugt wird.
27. Prüfanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmässige Schulterabnützung durch periodische Änderung des Vorzeichens des Schräglaufwinkels verbessert wira, die zwei gieich grosse, abwechseLnd gehobene Gewichte herbeiführen.
28. Prüfanordnung nach Anspruch 26 u. 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte zur erzeugung des Schräglaufwinkels durch pneumatische Kolben ersetzt werden.
29. Prüfanordnung nach Anspruch 24 u. 25 dadurch gekennzeichnet, daß die lieifenlast durch pneumatische Einricntungen erzeugt wird.