DE3111866A1 - Tyre testing machine - Google Patents
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Abstract
Description
ReifenprüfmaschineTire testing machine
Die Erfindung betrifft eine Reifenprüfmaschine mit einer drehbar gelagerten Prüftrommel, gegen die ein drehbar gelagerter Reifen mit vorgebbarer KraFt andrückbar ist, mit einem Antriebsmotor und mit mindestens einem Kraftaufnehmer.The invention relates to a tire testing machine with a rotatably mounted Test drum against which a rotatably mounted tire can be pressed with a presettable force is, with a drive motor and with at least one force transducer.
Derartige Reifenprüfmaschinen sind bekannt. Normalerweise ist dabei die Prüftrommel in zwei 2-Komponenten-Kraftaufnehmer gelagert, so daß die Radialkraft und die Låteralkraft bzw. deren Schwankungen des Reifens bestimmt werden können. Diese Werte, aus denen die Konizität und der Winkeleffekt zusätzlich berechnet werden können, können nur bei sehr kleinen Geschwindigkeiten gemessen werden, die in der Größenordnung von 5 km/h liegen.Such tire testing machines are known. Usually is there the test drum is mounted in two 2-component force transducers, so that the radial force and the lateral force or its fluctuations in the tire can be determined. These values, from which the conicity and the angular effect are additionally calculated can only be measured at very low speeds, which are in the Of the order of 5 km / h.
Diese geringe mögliche Meßgeschwindigkeit liegt im wesentlichen auch daran, daß alle Meßwerte während einer Umdrehung des Reifens ermittelt und gespeichert werden müssen. Darüberhinaus sind mit derartigen Reifenprüfmaschinen keine Tangentialkräfte meßbar.This low possible measuring speed is essentially also because all measured values are determined and stored during one revolution of the tire Need to become. In addition, there are no tangential forces with such tire testing machines measurable.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reifenprüfmaschine zu entwickeln, die die vom Reifen auf die Prüftrommel ausgeübten Kräfte auch bei hohen Geschwindigkeiten ermitteln kann. Da der Reifen im wesentlichen gummielastisch ist, können sich die bei niedrigen Geschwindigkeiten ermittelten Kräfte von denen bei hohen Geschwindigkeiten auftretenden Kräfte erheblich unterscheiden.In contrast, the invention is based on the object of a tire testing machine to develop the forces exerted by the tire on the test drum can detect high speeds. Because the tire is essentially elastic is, the forces determined at low speeds can differ from those the forces occurring at high speeds differ considerably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftaufnehmer die auf die Oberfläche der Prüftrommel wirkenden Kräfte bestimmt. Zweckmäßigerweise ist der Kraftaufnehmer dazu in die Oberfläche der Prüftrommel eingelassen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Kraftaufnehmer in die Oberfläche der Prüftrommel eingelassen. Dadurch ist es möglich, nicht lediglich die Kraftschwankungen über den gesamten Reifenquerschnitt zu messen, sondern den einzelnen Punkten der Lauffläche die tatsächlichen Kraftwerte zuzuordnen.This object is achieved according to the invention in that the force transducer determines the forces acting on the surface of the test drum. Appropriately the force transducer is embedded in the surface of the test drum for this purpose. In a A particularly preferred embodiment of the invention is a plurality of force transducers embedded in the surface of the test drum. This makes it possible, not just to measure the force fluctuations over the entire tire cross-section, but rather the assign the actual force values to individual points on the running surface.
Damit kann der Verlauf der Kräfte über die Breite der Lauffläche bestimmt werden. Darüberhinaus ist es auf diese Weise erstmals möglich, mit einer Reifenprüfmaschine mit einer Prüftrommel die Bodendruckverteilung während der Rotation eines Reifens ermitteln. Bevorzugt sind die Kraftaufnehmer 3-Komponenten-Kraftaufnehmer, da auf diese Weise die Radialkräfte, die Lateralkräfte und die Tangentialkräfte bzw. deren Schwankungen ermittelt werden können.This allows the course of the forces across the width of the tread certainly will. In this way, it is also possible for the first time with a tire testing machine the ground pressure distribution during the rotation of a tire with a test drum determine. The force transducers are preferably 3-component force transducers, since on this way the radial forces, the lateral forces and the tangential forces or their Fluctuations can be determined.
Da die interessierenden Werte des Reifens nicht während grundsätzlich einer Umdrehung is Reifens ermittelt werden, sondern in grundsätzlich zahlreichen Umdrehungen des Reifens, besteht bei kleinen ganzzahligen Verhältnissen von Umfang der Prüftrommel zum Umfang des Reifens die Möglichkeit, daß lediglich bestimmte Punkte des Reifens immer wieder abgetastet werden.Because the values of interest of the tire are not while in principle one revolution can be determined by the tire, but in principle numerous Revolutions of the tire, with small integer ratios of circumference the test drum to the circumference of the tire the possibility that only certain Points of the tire are scanned over and over again.
Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es ein Wesentlicher Gedanke der Erfindung, den Umfang der Prüftrommel veränderbar zu machen.To counter this danger, it is an essential thought of the Invention to make the scope of the test drum changeable.
Dazu wird die Prüftrommel zweckmäßigerweise aus Segmenten aufgebaut, die radial verschiebbar gelagert sind. Um den Verhältnissen in der Praxis näher zu kommen ist es sinnvoll, den Prüfstand auch mit angetriebenem bzw. gebremstem Reifen zu betreiben. Dazu wird vorzugsweise der Reifen mit einem Motor/ Generator verbunden. Die Reifenprüfmaschine wird besonders bevorzugt zur Bestimmung der Bodendruckverteilung in der Aufstandsfläche eines Reifens eingesetzt.For this purpose, the test drum is expediently built up from segments, which are mounted so that they can be moved radially. To get closer to the conditions in practice It makes sense to come to the test bench with a driven or braked one Operate tires. For this purpose, the tire is preferably equipped with a motor / generator tied together. The tire testing machine is particularly preferred for determining the ground pressure distribution used in the footprint of a tire.
Ferner sollte nochmal auf die Messung der Tangentialkraft hingewiesen werden. Wie bereits beschrieben können beim Einsatz von 3-Komponenten-Aufnehmern sowohl die Tangentialkraft als auch die Tangentialkraftschwankungen gemessen werden. Dabei entspricht die Tangentialkraft- bzw. deren Summe bei mehreren Aufnehmern - dem Rollwiderstand eines Reifens. Diese Größe interessiert besonders den späteren Anwender. Die Größe der Tangentialkraftschwankungen sind zwar ebenfalls wichtig für das spätere Fahrverhalten, doch lassen sich daraus besonders vom Hersteller Rückschlüsse auf die gleichmäßige Fertigung ziehen.Furthermore, the measurement of the tangential force should be pointed out again will. As already described, when using 3-component transducers both the tangential force and the tangential force fluctuations are measured. The tangential force - or the sum of them in the case of several transducers - corresponds to the rolling resistance of a tire. This size is of particular interest to the later User. The size of the tangential force fluctuations are also important for the later driving behavior, but this is particularly useful for the manufacturer Draw conclusions about the uniform production.
Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung.The figures show schematically exemplary embodiments of the invention.
Es zeigen Fig. 1 die Seitenansicht der Reifenprüfmaschine Fig. 2 die Draufsrht auf die Reifenprüfmaschine.1 shows the side view of the tire testing machine in FIG Put it on the tire testing machine.
Gleiche Bauteile in den Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ein Reifen 1 ist auf einer Welle 2 gelagert. Die Welle 2 ist in einer Spindel 3 gelagert. Ein erster Winkellagengeber 4 bestimmt die augenblickliche Winkellage der Welle 2 und damit des Reifens 1. Die Spindel 3 ist in einer Längsführung 5 in der Zeichenebene verschiebbar gelagert. Die Position der Spindel 3 wird von einer weiteren Spindel 6 vorgegeben, die mit einem Antriebsmotor 8 verbunden ist. Längsführung 5 und Antriebsmotor 6 sind im Fundament verankert.The same components in the figures are provided with the same reference numbers. A tire 1 is mounted on a shaft 2. The shaft 2 is in a spindle 3 stored. A first angular position sensor 4 determines the current angular position of the shaft 2 and thus of the tire 1. The spindle 3 is in a longitudinal guide 5 in the drawing plane mounted displaceably. The position of the spindle 3 is of a another spindle 6, which is connected to a drive motor 8. Longitudinal guide 5 and drive motor 6 are anchored in the foundation.
Der Reifen 1 wird gegen eine Prüftrommel 9 gedrückt. Die Prüftrommel 9 ist aus einzelnen Segmente 1o aufgebaut, die beispielsweise über eine Hydraulik in radialer Richtung verschiebbar angeordnet sind. In der Figur ist der Mechanismus der Verschiebung der Segmente 1o durch eine Zylinder 11 angedeutet.The tire 1 is pressed against a test drum 9. The test drum 9 is made up of individual segments 1o, for example via a hydraulic system are arranged displaceably in the radial direction. In the figure is the mechanism the displacement of the segments 1o by a cylinder 11 is indicated.
Ein Segment ist als MeBsegment 13 ausgebildet, d.h. in dem Segment 13 sind mehrere Kraftaufnehmer 14 eingelassen, wobei die äuBere Oberfläche der Kraftaufnehmer bündig mit der Oberfläche des MeBsegments abschließt. Vorzugsweise sind diese Kraftaufnehmer 3-Komponenten-Kraft aufnehmer, bei einer vereinfachten Ausführungsform der Reifenprüfmaschine ist es jedoch auch möglich Kraftaufnehmer zu verwenden, die lediglich zwei Komponenten bzw. eine Komponente (in radialer Richtung) nachweisen. Die Kraftaufnehmer 14 sind im Ausführungsbeispiel in einer axialen Geraden angebracht. Diese Anbringung ist jedoch nicht funktionsnotwendig. Es ist genauso möglich, die Kraftaufnehmer 14 in Umfangsrichtung versetzt zuerunder anzubringen. Desweiteren ist es möglich die Kraftaufnehmer auf zwei oder mehrere Meßsegmente zu verteilen. Die Prüftrommel 9 ist mit einer zweiten Welle 17 verbunden, die in einer zweiten Spindel 15 gelagert ist. Ein zweiter Winkellagengeber 16 zeigt die Winkelstellung der Prüftrommel 9 an. Die Spindel 15 ist wiederum fest mit dem Fundament verbunden. Ebenfalls mit dem Fundament oder der Spindel verbunden ist ein zweiter Antriebsmotor 16, der über einen Riementrieb 19 die zweite Spindel 15 und damit die Prüftrommel 9 antreibt.One segment is designed as a measuring segment 13, i.e. in the segment 13 several force transducers 14 are embedded, with the outer surface of the force transducer flush with the surface of the measuring segment. These are preferably force transducers 3-component force transducer, in a simplified embodiment of the tire testing machine However, it is also possible to use force transducers that only have two components or prove a component (in the radial direction). The force transducers 14 are in the exemplary embodiment attached in an axial straight line. This attachment is however not essential for the function. It is also possible to have the force transducers 14 in To be attached circumferentially offset from the other. It is also possible to use the force transducer to be distributed over two or more measuring segments. The test drum 9 is with a connected to the second shaft 17, which is mounted in a second spindle 15. A second Angular position sensor 16 shows the angular position of the test drum 9. The spindle 15 is in turn solid with the foundation tied together. Also with the Foundation or the spindle is connected to a second drive motor 16, which is about a belt drive 19 drives the second spindle 15 and thus the test drum 9.
Die gesamte Stromversorgung 27 der Kraftaufnehmer 14 sowie die elektrischen Verbindungen, die die Meßwerte der Kraftaufnehmer 14 weitergeben, stehen über den Schleifringkopf 2o über eine Meßleitung 21 mit dem Schaltschrank 22 in Verbindung.The entire power supply 27 of the force transducer 14 and the electrical Connections that pass on the measured values of the force transducers 14 are available via the Slip ring head 2o in connection with the switchgear cabinet 22 via a measuring line 21.
Der Reifen 1 wird über die Spindel 6 vom Antriebsmotor 8 in an sich bekannter Weise gegen die Prüftrommel 9 gedrückt, wobei die Andrückkraft vom Kraftaufnehmer 14 gemessen wird. Sobald die vorgesehene Andrückkraft erreicht ist, wird der Antriebsmotor 8 fixiert, so daß der Abstand der Welle 2 von der Welle 17 konstant bleibt. Über den Antriebsmotor 18 wird die Prüftrommel 9 in Drehung versetzt. Jedes Mal wenn die Kraftaufnehmer 14 die Aufstandsfläche des Reifens 1 durchlaufen, geben sie ein Signal ab, das einem Speicher 25 zugeführt wird. Gleichzeitig wird die Stellung der beiden Winkellagengeber 16 und 4 gespeichert. Beim nächsten Kontakt der Kraftaufnehmer 14 mit dem Reifen 1 erfolgt wiederum die Speicherung der gemessenen Werte, insbesondere auch der Werte der Winkellagengeber 16 und 4. Aus dem Verhältnis der Winkeldifferenzen des ersten Winkellagengebers 4 und des zweiten Winkellagengebers 16 läßt sich das Übersetzungsverhältnis von Reifen 1 zu Prüftrommel 9 berechnen. Eine andere Möglichkeit der Berechnung dieses Übersetzungsverhältnisses besteht darin, daß zwei Werte der Winkellagengeber nach einer vorgegebenen Zeitdifferenz abgefragt werden und das Verhältnis deser Differenzwerte gebildet wird.The tire 1 is via the spindle 6 from the drive motor 8 in itself pressed in a known manner against the test drum 9, the pressing force from the force transducer 14 is measured. As soon as the intended pressing force is reached, the drive motor is 8 fixed so that the distance between shaft 2 and shaft 17 remains constant. Above the drive motor 18, the test drum 9 is set in rotation. Whenever the force transducers 14 pass through the contact area of the tire 1, they enter Signal which is fed to a memory 25. At the same time the position of the two angular position sensors 16 and 4 are stored. At the next contact the force transducer 14 with the tire 1, the measured values are again stored, in particular also the values of the angular position sensors 16 and 4. From the ratio of the angular differences the first angular position encoder 4 and the second angular position encoder 16 can be Calculate the transmission ratio of tire 1 to test drum 9. Another possibility the calculation of this gear ratio consists in the fact that two values of the Angular position sensors are queried after a specified time difference and that Ratio of which difference values is formed.
Ebenso kann das Übersetzungsverhältnis von Reifen 1 und Prüftrommel 9 statt über Winkellagengeber über Drehzahlgeber ermittelt werden.The transmission ratio of tire 1 and test drum can also be used 9 can be determined via speed encoder instead of angular position encoders.
Zunächst muß sichergestellt werden, daß die Umfänge des Reifens 1 und der Prüftrommel 9 sich nicht wie kleine ganze Zahlen zuekender verhalten, da sonst der Reifen nicht an seiner gesamten Lauffläche abgetastet wird, sondern nur an einigen wenigen Punkten, die sich immer wiedErholen. Um dxs zu vermeiden besteht die Möglichkek, den Radius der Prüftrommel 9 und damit ihren Umfang über die beispielsweise gezeichreten Zylinder 11 zu verändern. Die gespeicherten Werte der Winkellagengeber 4 und 16 werden dazu einem Meßwertrechner 26 zugeführt, der ein in der Umgebung der ermittelten Umfangsverhältnisse liegendes optimales Umfangsverhältnis ermittelt, bei welchem der Reifen bei der vorgegebenen Prüfgeschwindigkeit in möglichst kurzer Zeit vollständig von den Kraftaufnehmern 14 abgetastet wird. Die Hydraulik der Zylinder 11 wird anschließend so beaufschlagt, daß der gesuchte Umfang der Prüftrommel 9 erreicht wird. Die Hydraulik funktioniert in in den Figuren nicht dargestellter an sich bekannter Weise. Mit der Veränderung des Radius der Prüftrommel 9 hat sich auch die Anpreßkraft des Reifens 1 verändert, so daß über den Antriebsmotor 8 und die Spindel 6 der Abstand der Spindel 3 von der Spindel 15 derart verändert werden muß, daß die vorgegebene Anpreßkraft wieder gegeben ist.First of all, it must be ensured that the circumference of the tire 1 and the test drum 9 do not behave like small whole numbers zuekender, there otherwise the tire is not scanned over its entire tread, but only at some few points that repeat themselves over and over again. To dxs too There is the possibility of avoiding the radius of the test drum 9 and thus its circumference to change via the cylinder 11 shown, for example. The saved For this purpose, values from angular position sensors 4 and 16 are fed to a measured value computer 26, the one optimal lying in the vicinity of the determined circumferential relationships The circumference ratio is determined at which the tire is at the specified test speed is completely scanned by the force transducers 14 in the shortest possible time. The hydraulics of the cylinder 11 is then applied so that the sought Scope of the test drum 9 is reached. The hydraulics work in the figures not shown in a manner known per se. With the change in the radius of the Test drum 9 has also changed the contact pressure of the tire 1, so that over the drive motor 8 and the spindle 6 the distance between the spindle 3 and the spindle 15 must be changed in such a way that the predetermined contact pressure is given again.
Anschließend erfolgt bei den ermittelten Werten der Meßlauf, der zweckmäßigerweise aus etwa 100 bis 1.ooo Umdrehungen des Reifens 1 besteht. Bei jedem Kontakt der Kraftaufnehmer 14 mit der Aufstandsfläche des Reifens 1 werden die geglätteten Maximalwerte der Kraftaufnehmer 14 zusammen mit den dazugehörigen Werten des ersten Winkellagengebers 4 im Speicher 25 abgespeichert. Sobald der Meßlauf beendet ist, mit anderen Worten sobald der Reifen 1 mit einem hinreichend dichten Netz von Meßpunkten überzogen ist, erfolgt im Meßwertrechner 26 eine Zuordnung der im Speicher 25 gespeicherten Meßwerte der Kraftaufnehmer 14 so, daß die gemessenen Kräfte, die Radialkraft, die Lateral kraft und die Tangentialkraft in einer Reihe über den Umfang dargestellt werden können. Die Ausgabe dieser Werte erfolgt in der Meßwertanzeige 28. Aus diesen Werten können in an sich bekannter Weise die erste und die höheren Harmonischen der Kraftverläufe berechnet werden. Desweiteren können aus diesen Werten der Winkeleffekt und der Konuseffekt ermittelt werden. Da über den Reifenquerschnitt nicht lediglich ein Meßwert existiert, sondern mehrere Meßwerte, kann desweiteren die Bodendruckverteilung in Achsrichtung des Reifens 1 ermittelt werden.Then the measurement run takes place with the determined values, which is expedient consists of about 100 to 1,000 revolutions of the tire 1. With every contact of the Force transducers 14 with the contact area of the tire 1 are the smoothed maximum values the force transducer 14 together with the associated values of the first angular position encoder 4 stored in memory 25. As soon as the measuring run is finished, in other words as soon as the tire 1 is covered with a sufficiently dense network of measuring points is, the values stored in the memory 25 are assigned in the measured value computer 26 Measured values of the force transducer 14 so that the measured forces, the radial force, the Lateral force and tangential force shown in a row over the circumference can be. These values are output in the measured value display 28. From these Values can be the first and the higher harmonics in a manner known per se the force curves can be calculated. Furthermore, the angle effect can be derived from these values and the cone effect can be determined. Not only about the tire cross-section one measured value exists, but several measured values can also use the Ground pressure distribution can be determined in the axial direction of the tire 1.
Eine einfachere Ausführungsform der Reifenprüfmaschine besitzt statt der tangential angeordneten Kraftaufnehmer 14 lediglich einen Kraftaufnehmer, der den Mittelwert der vom Reifen 1 auf die Prüftrommel 9 ausgeübten Kräfte beispielsweise in drei Komponenten ermittelt. Der übrige Aufbau und die Funktionsweise der Reifenprüfmaschine sind mit dem Beschriebenen identisch.A simpler embodiment of the tire testing machine has instead the tangentially arranged force transducer 14 only has a force transducer, the the mean value of the forces exerted by the tire 1 on the test drum 9, for example determined in three components. The rest of the structure and functionality of the tire testing machine are identical to what has been described.
Mit dieser vereinfachten Ausführung der Reifenprüfmaschine kann keine Zuordnung der Gleichförmigkeit bzw. der Lateral- oder Tangentialkraft zu einzelnen Punkten der Reifenoberfläche erfolgen ebenso kann keine Bodendruckverteilung des Reifens angegeben werden. Es läßt sich mit dieser vereinfachten Maschine lediglich die über einen Reifenquerschnitt gemittelte Gleichförmigkeit des Reifens 1 angeben.With this simplified version of the tire testing machine none can Assignment of the uniformity or the lateral or tangential force to individual Points of the tire surface can also be no ground pressure distribution Of the tire. It can only be done with this simplified machine indicate the uniformity of the tire 1 averaged over a tire cross section.
Da die Kraftaufnehmer 14 an der Trommeloberfläche angeordnet sind, stellen die ermittelten Tangentialkräfte des Reifens den tatsächlichen Rollwiderstand des Reifens 1 dar. Dagegen geschieht die Ermittlung des Rollwiderstandes nach dem Stand der Technik vorzugsweise über das auf die Prüftrommel ausgeübte Drehmoment so daß die Lagerreibung der Trommel eingeht, womit die nach dem Stand der Technik ermittelten Werte mit erheblichen Ungenauigkeiten belastet sind. Schließlich können alle Meßwerte auch unter Umfangskraft, d.h. also bei angetriebenem bzw. gebremstem Reifen ermittelt werden.Since the force transducers 14 are arranged on the drum surface, the determined tangential forces of the tire represent the actual rolling resistance of the tire 1. In contrast, the determination of the rolling resistance takes place after State of the art preferably via the torque exerted on the test drum so that the bearing friction of the drum is included, with which the prior art determined values are burdened with considerable inaccuracies. Finally you can all measured values also under circumferential force, i.e. with driven or braked Tires are determined.
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