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Verfahren zur Erkennung von Fehlern an Kraftfahrzeug-
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reifen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Aufbaufehlern und Materialfehlern in den
Seitenwänden von Kraftfahrzeugreifen, insbesondere von Einschnürungen, Beulen und
Ondulationen, bei dem ein Kraftfahrzeugreifen auf einer Felgeneinrichtung aufgespannt,
mit konstantem Innenluftdruck beaufschlagt und in eine gleichförmige Drehbewegung
versetzt wird.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Während früher die Seitenwände von Kraftfahrzeugreifen in umständlicher
Weise dadurch auf Fehler geprüft wurden, daß der Reifen unter Druck gesetzt und
von einem Kontrolleur per Hand in der Seitenwand abgetastet worden ist, ist man
bereits dazu übergegangen, die Abtastung von Fehlern in den Seitenwänden eines Reifens
mittels mechanischer und elektrischer Einrichtungen zu erfassen. Hierbei ist es
bekannt, daß der Kraftfahrzeugreifen auf eine Felgeneinrichtung oder -aufnahme aufgezogen
und mit Druckluft aufgepumpt wird.
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Während der zu prüfende Reifen sich gleichförmig dreht erfolgt die
Abtastung der Seitenwände außen mittels mechanischer, elektrischer Meßaufnehmer.
Diese sollen die Formabweichung
in der Seitenwand registrieren.
Man unterscheidet zwischen der berührungslosen Abtastung sowie der Messung durch
Berührung. Beim berührungslosen Messen, z. B. mit einem Laserinterferometer, wird
die Änderung des Abstandes vom Meßinstrument zur Seitenaußenwand gemessen. Berührungslos
kann auch mit einer Meßsonde kapazitiv oder induktiv dadurch gemessen werden, daß
im wesentlichen eine punktförmige Abtastung erfolgt, wie dies auch bei dem optischen
Messen der Fall ist.
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Die andere bekannte Methode zur Messung von Unregelmäßigkeiten an
Reifenseitenwänden besteht in der berührenden Messung mittels Rolle oder Gleitschuh.
Hierbei wird hinter der Rolle oder dem Gleitschuh zur Meßvorrichtung hin, d. h.
vom Reifen fort, eine Meßuhr oder ein elektrischer Fühler angeordnet, mit deren
Hilfe die Oberfläche der Seitenwand des Reifens abgetastet und letztlich wieder
der Abstand zwischen Seitenwand des Reifens und Meßgerät erfaßt wird.
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Beiden bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, daß die in der
Seitenwand des zu untersuchenden Reifens befindlichen Beschriftungen und Entlüftungsaustriebe,
z. B. kleine Stöpsel durch Entlüftungslöcher in der Form, Rillen in der Form usw.
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zu derartigen Störungen führen, daß eine genaue Messung nur sehr fehlerhaft
und mit einem Unsicherheitsfaktor vorgenommen werden kann. Wenn andererseits mit
sehr genauen Meßgeräten
alle diese Anzeigen erfaßt werden, müßten
umfangreiche Analysen durchgeführt werden, um fehlerhafte Reifen von fehlerfreien
zu trennen. Solche Analysen zur Vermeidung verfälschender Meßergebnisse sind aufwendig
und unerwünscht.
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Für die Qualität eines Reifens ist für den Fachmann die unter der
äußeren Oberfläche des Reifens liegende Gewebebandschicht entscheidend. Die Unregelmäßigkeiten
der darüberliegenden Kautschukschicht sind von untergeordnetem Interesse.
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Das Augenmerk einer Fehleranalyse muß sich daher stets auf Unregelmäßigkeiten
der Festigkeitsträger richten.
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Wenn die Fäden in der Gewebebandschicht (im Festigkeitsträger) verdichtet
sind, kommt es zu Einschnürungen in der Seitenwand des Reifens, wenn die Fäden gespreizt
sind, erzeugt der Innendruck Beulen; und bei abwechselnden Verhältnissen kommt es
zu Ondulationen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Meßverfahrens der eingangs
beschriebenen Art, mit dem es möglich ist, die vorstehend beschriebenen, die Messung
der eigentlichen Fehler des Festigkeitsträgers verfälschenden Störeinflüsse auszuschalten
und doch in wirtschaftlicher Weise eine Auskunft über die Gewebebandschicht zu erhalten,
und dies möglichst genau klassifiziert.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß mindestens eine der--Reifenseitenwände mit konstanter Einfederung eingedrückt
wird, die Druckschwankungen gemessen werden und die dadurch ermittelten Reifenaufbaufehler
nach Größe und/oder Richtung klassifiziert werden. Durch diese neuen Maßnahmen wird
ein Druck bzw. eine Kraft gemessen, denn die jeweils gemessene Reifenseitenwand
ist durch eine geeignete Andrückvorrichtung mit konstanter Einfederung verformt.
Durch das erfinderische Verfahren wird praktisch die durch die Reifenseitenwand
erzeugte Gegenkraft ( F) gemessen und zur Klassifizierung ausgewertet. Es versteht
sich, daß der somit gemessene Druck unterschiedliche Größe haben kann und auch -
je nach Reifenfehler - in unterschiedlicher Richtung zu messende Ausschläge (Amplituden)
erzeugt. Diese Informationen werden für die Klassifizierung verwendet.
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Man erkennt bereits aus dieser allgemein formulierten Erfindungsidee,
daß im Gegensatz zum Stand der Technik ein Druck-ausgeübt und damit eine Druck-
bzw. Kraftmessung durchgeführt wird, wodurch in vorteilhafter Weise die durch die
Beschriftungen und Entlüftungsaustriebe auf den Seitenwandoberflächen erzeugten
Störungen vernachlässigbar klein werden.
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Bei dem neuen Meßverfahren spielen also diese Unebenheiten auf der
Oberfläche der Seitenwand mit Vorteil keine Rolle mehr.
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Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn für das Klassifizieren
ein Toleranzfeld der gemessenen Druckschwankungsamplituden eingestellt wird. Die
vorstehend beschriebenen Oberflächenschwankungen der Reifenseitenwand sind nach
wie vor vorhanden und werden auch gemessen. Sie geben aber ein Feld oder Band von
Druckschwankungsamplituden wieder, über welches die Amplituden bei Auftreten eines
Fehlers in der Gewebebandschicht mehr oder weniger weit hinausragen.
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Durch die Einstellung des Toleranzfeldes, d. h. durch die Vorgabe
des Bandes erlaubter Druckschwankungsamplituden kann das Klassifizieren sehr entscheidend
beeinflußt werden.
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Bei einem breiten Toleranzfeld werden nur erheblichere Fehler des
Festigkeitsträgers erfaßt und umgekehrt.
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Günstig ist es gemäß der Erfindung auch, wenn beim Klassifizieren
die Größe und/oder die Richtung der Druckschwankungsamplitude ermittelt wird. Beim
Klassifizieren werden die Höhe der Amplitude und die Steilheit ihres Anstieges gemessen,
um klare Informationen zu erhalten, die vorzugsweise während der Messung in einem
Speicher abgelegt und nachfolgend daraufhin überprüft werden, ob die jeweilige Amplitude
über das eingestellte Toleranzfeld hinausgeht, in welche Richtung, oder ob sie nicht
über das erlaubte Band hinausgeht.
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Die Praxis hat gezeigt, daß sich die gemessene Druck- bzw.
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Kraftrichtung bei einer Verdünnung der Fäden in der Gewebebandschicht
in Plusrichtung einstellt, also eine Zunahme der Kraft zu verzeichnen ist; während
bei einer Verdickung der Fäden die Richtung nach minus zeigt, d. h. eine Abnahme
der Kraft zu verzeichnen ist.
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Die Größe der Druckschwankungsamplitude bzw. die Amplitudenhöhe der
Kraftschwankung erlaubt eine sogenannte quantitative Klassifizierung und mit anderen
Worten die Erfassung von hohen bzw. niedrigen Beulen oder Einschnürungen.
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Die Richtung der Druckschwankungsamplitude erlaubt die Feststellung,
ob es sich um eine Spreizung oder Verdichtung der Fäden in der Gewebebandschicht
handelt.
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Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Reifen nach dem Klassifizieren markiert werden. Diese Markierung oder Kennzeichnung
erlaubt die Aufnahme einer zusätzlichen Information, nämlich --der Lage des Fehlers.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung der
Reifenfehler in einer automatischen Maschine durchgeführt wird, und das Markieren
bzw. Kennzeichnen bedeutet die Feststellung der Lage des Fehlers, gegebenenfalls
auch Fläche des Fehlers, vorzugsweise
mit Angabe von Länge und
Breite, sowie das Aufbringen eines Markierungspunktes. Alle diese Schritte können
selbsttätig ohne Aufsicht von Menschen durchgeführt werden mit dem Ergebnis, daß
die fehlerhaften Reifen eine deutliche Markierung erhalten, so daß sie nochmals
kontrolliert werden. Die Markierung kann sich auf eine oder mehrere Informationen
richten. Z. B. kann die Markierung aussagen, ob der Reifen gut oder schlecht bzw.
ein Fehler vorhanden ist oder nicht.
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Zum anderen kann die Markierung auch den Ort des Fehlers betreffen.
Während sich die quantitative Messung auf die Größe der Druckschwankungsamplitude
bezog und damit Aussagen über beispielsweise eine hohe oder eine niedrige Beule
gab, richtet sich die qualitative Messung auf die Lage und damit auch auf die Länge
der gemessenen Abweichung. Damit erhält man eine Information über Lage von Anfang
und Ende einer langgestreckten oder einer kurzen Beule, gegebenenfalls auch einer
Ondulation. Von der Messung der Qualität her erhält man also auch Informationen
über die Breite des Fehlers, ob es sich z. B. um eine schmale oder um eine breite
Beule handelt.
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Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die
Druckmeßwerte mit einer Frequenz von 2 MHz erfaßt. Der Meßvorgang, vorzugsweise
in der automatischen Maschine, erfolgt während der gleichförmigen Drehung des zu
messenden
Reifens innerhalb einer Sekunde. Wenn dann die Meßwerte
vorzugsweise in einen Speicher eingelesen werden, kann die Auswertung in einem größeren
Zeitraum mit Sorgfalt zur Durchführung der Klassifizierung und Kennzeichnung erfolgen.
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Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung auch, wenn die Klassifizierung
und Kennzeichnung mit Hilfe eines Rechners durchgeführt wird. Man kann vorzugsweise
den Umfang des Reifens digitalisieren, d. h. in Winkelabschnitte unterteilen. Wenn
ein Fehler oder der Beginn eines Fehlers im Festigkeitsträger festgestellt wird,
kann gleichzeitig auch die Winkellage festgehalten werden. Bei der an die Klassifizierung
anschliessenden Kennzeichnung kann dann mit Vorteil auch die Lage des Fehlers und
gegebenenfalls ihre Ausdehnung markiert werden.
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Für die Vorrichtung wird die oben erwähnte Aufgabe dadurch gelöst,
daß neben mindestens einer Seitenwand des Reifens mindestens eine in Richtung der
Drehachse des Reifens bewegbare Andrückeinrichtung angeordnet ist, die an ihrem
der Seitenwand des Reifens zugeordneten Ende eine frei drehbar gelagerte Rolle aufweist.
Mit der Andrückeinrichtung erreicht man erfindungsgemäß das Verformen der Reifenseitenwand
unter Einfederung derselben, wobei vorzugsweise bei der Messung der Druckschwankungen
bzw. Kraftschwankungen- -mit konstanter
Einfederung gearbeitet
wird. Im Gegensatz zu den bekannten Meßmethoden, bei welchen im Falle des berührenden
Messens ein Gleitschuh oder eine Rolle die äußere Oberfläche der Reifenseitenwand
abtastet, wird erfindungsgemäß also ein derart starker Druck auf die Seitenwand
ausgeübt, daß sich diese verformt und einfedert. Es werden also erfindungsgemäß
nicht Abstandsänderungen allein sondern insbesondere Druck-bzw. Kraftschwankungen
gemessen.
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Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß die Rolle
an einer Druckmeßeinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Meßgröße verhältnismäßig
direkt und unmittelbar ohne Zwischenschaltung von mechanischen oder elektrischen
Teilen erfaßt werden. Der Druck, mit welchem der Reifen in Richtung seiner Drehachse
eingedrückt wird, kann vorzugsweise mit einer Hydraulik oder Pneumatik erzeugt werden,
z. B. über einen Kolben, der in Richtung der Drehachse des Reifens verschieblich
ist. Die Messung erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise bei einer bestimmten Verformung
der Seitenwand des Reifens, d. h. bei konstanter Einfederung, so daß durch einen
Luft- oder Hydraulikzylinder ein konstanter Druck erzeugt und gehalten wird. Diese
konstante Größe wird beim Messen dann eliminiert, so daß nur die dynamischen Meßgrößen
erfaßt und verarbeitet werden.
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Um das Meßverfahren zu rationalisieren, ist es zweckmäßig, auf beiden
gegenüberliegenden Seiten des Reifens je eine Andrückvorrichtung anzubringen, so
daß gleichzeitig an zwei Stellen am Umfang gemessen wird. Außerdem ist die Statik
des Aufbaues für den Reifen dann günstiger. Es kann ferner zweckmäßig sein, auf
jeder Seite des Reifens, d. h. an einer Reifenseitenwand mehrere der beschriebenen
Andrückvorrichtungen anzubringen, so daß bei einer Messung gleichzeitig an mehreren
Stellen längs des Umfanges, d. h. bei unterschiedlichen Durchmessern, gemessen werden
kann.
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Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß
die Andrückeinrichtung mit einer Kraftmeßdose ausgestattet ist. Die Kraftmeßdose
erlaubt sogleich das Erfassen der gemessenen Druckschwankungen, wobei es möglich
ist, sowohl die Größe als auch die Richtungder Druckamplitude - und in Abhängigkeit
von der Drehung die Winkellage - festzustellen.
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Die neue Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich mit Vorteil auch
in Reifengleichförmigkeitsmeßmaschinen (RGM-Maschinen), die in allen Reifenfabriken
in großer Zahl vorhanden sind, einbauen, so daß die Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung in wirtschaftlicher Weise ohne zusätzliche Anschaffung von neuen
Maschinen gewährleistet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: Figur 1 a schematisch den Normalzustand
der Nylon-Fadenverteilung in einem Fahrzeugreifenseitenteil, Figur 1 b in gleicher
Darstellung wie in Figur 1 a einen anderen Verteilungszustand der Nylonfäden,-Figur
1 c wiederum schematisch in gleicher Darstellung wie in den Figuren 1 a und 1 b,
hier allerdings einer weiteren anderen Fadenverteilung und Figur 2 schematisch und
im Schnitt mit abgebrochenen mechanischen Teilen einen Teil des Aufbaus der erfindungs
gemäßen Vorrichtung.
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Man erkennt in den Figuren 1 a bis 1 c die Seitenwand 20 des in Figur
2 gezeigten Reifens 7 in vergrößerter Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der
als Festigkeitsträger dienenden Gewebebandschicht mit den Fäden 21. Diese Nylonfäden
kann man sich als gespannte Seile vorstellen, die beim Eindrücken von außen, z.
B. durch die Andrückrolle 2, mit einer Kraft beaufschlagt werden, der sie einen
Widerstand entgegensetzen. Diese Widerstandskraft ist in Figur 1 b mit A F bezeichnet
und durch den nach oben zeigenden Pfeil dargestellt,
der sich auch
in den Figuren 1 a und 1 c wiederfindet. Die Andrückrolle 2 wird von der Aufnahmevorrichtung
4 gehalten und geführt.
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In Figur 1 a ist die Kraftfahrzeugreifenseitenwand 20 mit einer normalen
Verteilung der Fäden 21 gezeigt, während die Verteilung der Fäden 21 im Zustand
der Figur 1 c durch eine Spreizung gestört ist. In Fig. 1 c handelt es sich an der
mit 22 bezeichneten Stelle um eine Fadendrängung.
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In allen 3 Figuren, 1 a, 1 b und 1 c, wirkt der konstante Innenluftdruck
in Richtung der dargestellten Teile 23 entgegen der Kraftrichtung der Andrückrolle
2.
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In Figur 1 b ist ferner in der Aufnahmevorrichtung 4 eine Kraftmeßdose
3 gezeigt, deren Meßsignale über das Kabel 24 zu einer Auswerteinrichtung weitergeleitet
werden.
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Aus den Figuren 1 a bis 1 c erkennt man auch, wie die Reifenseitenwand
20 mit konstanter Einfederung eingedrückt wird.
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Die Druckschwankungen t F werden in der Kraftmeßdose 3 gemessen und
als elektrisches Signal durch das Kabel 24 in eine Auswerteinrichtung geführt, in
welcher die Reifenaufbaufehler nach Größe und/oder Richtung klassifiziert werden
können.
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Die in den Figuren 1 b und 1 c gezeigte gestörte Homogenität der Verteilung
der Fäden 21 führt zu einer starken Kraftschwankung, so daß in der Meßeinrichtung
große Amplitudenwerte festgestellt werden können. Es hat sich dabei gezeigt, daß
die Größe der Amplitude im Falle der Drängung 22 gemäß Figur 1 b geringer ist, was
bedeutet, daß eine Verdichtung der Drähte oder Fäden 21 eine kleinere Widerstands-
bzw.
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Rückdrückkraft geben. Bei einer Fadenspreizung gemäß Zustand der Figur
1 c ist die Rückdrückkraft größer als normal.
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Die Richtung der gemessenen Kraft ist im Falle der Verdünnung positiv,
im Falle der Verdickung negativ, man hat also bei der Verdickung eine Abnahme der
Kraft. Aus der Information der Richtung der Amplitude ins Positive oder Negative
erhält man also die Information, ob es sich bei dem Fehler um eine Spreizung oder
Verdichtung der Fäden 21 handelt Die Größe der Amplitude gibt außerdem die Größe
des Fehlers an und erlaubt die Aussage - in Abhängigkeit eines einstellbaren Toleranzfeldes
- ob es sich überhaupt um einen Fehler handelt oder nicht.
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Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der auch die Auswerteinheiten angedeutet sind. Die Aufnahmeeinrichtung für den
im Schnitt dargestellten Kraftfahrzeugreifen 7 besteht aus 2 getrennten Felgentellern
5, 6.
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Des weiteren besitzt die Vorrichtung gemäß Figur 2 auf jeder Seite
gleiche Teile, wobei die linke Seite die gemeinsamen Zahlen mit einem a und die
rechte Seite mit einem b versehen hat. Es genügt daher, die Beschreibung anhand
einer, z. B. der linken Seite, vorzunehmen. Die links neben der Seitenwand 20 des
Reifens 7 angeordnete Andrückeinrichtung ist allgemein mit 25 a bezeichnet. Sie
ist im wesentlichen wie folgt aufgebaut: An einer festen Wand 26 a stützt sich ein
Luftzylinder 12 a ab, dessen Kolbenstange 27 a die über die allgemein mit 4 a bezeichnete
Aufnahmeeinrichtung frei drehbar gelagerte Rolle 2 a an der Stelle 13 a unter konstanter
Einfederung der Seitenwand 20 mit Druck gegen den Reifen 7 führt. Zwischen der Kolbenstange
27 a und der vorzugsweise über Kugellager gehalterten Rolle 2 a befindet sich die
aus einem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Befestigungswinkel 11 a, der Kraftmeßdose
3 a und dem gabelförmigen Block 9 a bestehende Aufnahmeeinrichtung 4 a.
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Im Betrieb werden die von der Kraftmeßdose 3 a aufgenommenen Druck-
bzw. Kraftschwankungssignale der Reifenseitenwand 20, insbesondere hier an der Stelle
13 a, einem Meßverstärker 14 a zugeführt, und verstärkt an die entsprechende Auswerteinheit
15 zum Zwecke der Klassifizierung übergeben.
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Die Art der Klassifizierung ist eingangs schon beschrieben, es kann
nämlich ein bestimmtes Toleranzfeld eingestellt werden, und die über die Kraftmeßdose
3 a festgestellten Druckschwankungen, welche über das Toleranzfeld hinaus reichen
oder nicht, zeigen Fehler und ergeben in der oben beschriebenen Weise zusätzliche
Fehlerinformationen. Die eingangs beschriebenen Speicher, insbesondere Transientenspeicher,
Rechner und dergleichen sind in der Einheit 15 enthalten.
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