DE3723767C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Radial- und Axialkräften an einem aus Luftreifen und Felge bestehenden Rad in einem Reifenprüfstand, bei welchem im Meßlauf der auf die Felge montierte Luftreifen an einer Abrollunterlage, insbesondere einer Prüftrommel, abrollt, mit einer Meßachse, auf welcher das aus Felge und Luftreifen bestehende Rad während des Meßlaufs drehbar gelagert ist, und mit Kraftmeßeinrichtungen für die Radial- und Axial­ kräfte.

Um den Verschleiß und die Stand- und Dauerfestigkeit von Fahrzeugreifen zu ermitteln, müssen diese auf entsprechenden Reifenprüfmaschinen unter gleichen oder sagar extremeren Be­ dingungen als am Fahrzeug geprüft werden. Mit der Reifen­ prüfmaschine müssen alle Belastungsmöglichkeiten simuliert werden, dabei wird der Reifen radial, axial, mit variablem Fülldruck und bei veränderlicher Fahrgeschwindigkeit be­ lastet. Dabei sollen die am Reifen auftretenden Radial- und Axialkräfte während des Prüflaufes ermittelt werden.

Als Abrollunterlage, welche der Simulation der Straße dient, kann ein über Rollen geführtes Endlosband oder eine Prüftrommel, wie sie aus "Automobil-Industrie", 2/71, Seiten 85 bis 90 bekannt ist, verwendet werden. Bekannt sind außerdem Meßeinrichtungen, insbesondere in Form von sogenannten Meßnaben, welche im Bereich der Kraftfahrzeug­ achse oder auch einer Meßachse am Reifenprüfstand angeordnet sind (deutsche Auslegeschriften 21 04 003 und 22 14 256). Bei diesen, einen hohen Herstellungsaufwand erfordernden Meßnaben werden mehrere Dehnungsmeßstreifenbrückenschaltun­ gen verwendet, um Radial- und Axialkräfte sowie Momente, welche während des Meßlaufs auftreten, zu ermitteln.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die aus einfachen Konstruktions­ elementen aufgebaut ist, und mit der die Axialkräfte und die Radialkräfte bei der Erfassung sich gegenseitig nicht überlagern.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung besitzt die Meßachse, auf welcher die Felge mit dem Reifen während des Meßlaufs drehbar gelagert ist, zwei zylindrische Achsteile. Der erste innenliegende Achs­ teil, welcher als hohlzylindrischer Achsstummel ausgebildet sein kann, ist an einer Grundplatte in radialer Richtung geradlinig reibungsfrei beweglich gelagert. Der zweite außenliegende zylindrische Achsteil ist in axialer Richtung reibungsfrei auf dem ersten Achsteil gelagert. Hierzu kann zwischen den beiden ineinandergesteckten zylindrischen Achs­ teilen ein zylindrischer Zwischenraum gebildet werden, wel­ cher durch Kugeln oder Rollen ausgefüllt ist. Die Kugeln bzw. Rollen besitzen den gleichen Durchmesser wie die Dicke dieses zylindrischen Zwischenraums. Die Kugeln bzw. Rollen können dabei in einem Kugel- bzw. Rollenkäfig, der ent­ sprechend zylindrisch geformt ist, gehalten sein.

Sowohl die Axialkräfte als auch die Radialkräfte werden klar voneinander getrennt und einer jeweils zugeordneten Meßein­ richtung zugeführt. Die Meßeinrichtungen bzw. Meßdosen kön­ nen einen einfachen Aufbau besitzen, und es können hierzu auch billige Wägezellen verwendet werden.

Zur Einleitung der Axialkräfte in die erste Kraftmeßeinrich­ tung ist ein längs der Radachse im Innern des ersten Achs­ teils sich erstreckender biegeweicher Zug-Druckstab vorge­ sehen, der mit dem zweiten Achsteil in axialer Richtung starr verbunden ist. Durch die biegeweiche Ausbildung des Zug-Druckstabes wird gewährleistet, daß nur Zug-Druckkräfte, d. h. axiale Kräfte in die Kraftmeßeinrichtung eingeleitet werden. Fluchtungsfehler sind durch die biegeweiche Ausbil­ dung des Zug-Druckstabes kompensiert und Momente werden in die Kraftmeßeinrichtung nicht eingeleitet. Es ist daher, wie schon erwähnt, die Verwendung einer billigen Wagezelle für die Kraftmeßeinrichtung möglich.

Zum Erfassen der Radialkräfte ist zwischen die Grundplatte und den ersten Achsteil in der Bewegungsrichtung des ersten Achsteils eine zweite Kraftmeßeinrichtung geschaltet. Auch diese Kraftmeßeinrichtung kann als einfache Wägezelle aus­ gebildet sein. Die zweite Kraftmeßeinrichtung ist spielfrei, insbesondere durch Vorspannung, gegen den ersten Achsteil eingestellt, so daß keine Wechselbelastung auftritt. Auf die­ se Weise wird eine direkte Messung der Radialkräfte erzielt, im Gegensatz zu einem aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 20 322 bekannten Reifenprüfstand, bei welchem die Radial­ kraft durch eine zwischen die Lauftrommel und deren Unter­ bau geschalteten Kraftmeßeinrichtung indirekt gemessen wird.

Um eine kompakte Anordnung zu erhalten, kann der zweite außenliegende Achsteil an einem aus dem ersten Achsteil herausragenden Ende des Zug-Druckstabs befestigt sein. Das andere Ende des Zug-Druckstabs ist mit der ersten Kraftmeß­ einrichtung verbunden. Diese kann in einem Gehäuseteil, der einstückig mit dem Meßachskörper ausgebildet ist, unter­ gebracht sein. Die zweite Kraftmeßeinrichtung kann zur Auf­ nahme der Radialkräfte spielfrei gegen diesen Gehäuseteil abgestützt sein.

Der Meßachsenkörper bildet hierzu bevorzugt einen Parallel­ schwinger, welcher durch entsprechend ausgebildete Federn, insbesondere Flachstützfedern, mit welchen der Meßachsen­ körper gegen die Grundplatte abgestützt ist, erreicht werden kann.

Zur Lagerung des Rades an der Meßachse kann auf dem zweiten außenliegenden Achsteil eine Flanschhülse drehbar gelagert sein. An dieser Flanschhülse kann die Felge, auf welcher der zu prüfende Reifen montiert ist, befestigt werden. Bei der Flanschhülse kann es sich jedoch auch um eine in den Prüf­ stand integrierte Meßfelge mit gegebenenfalls einstellbarer Maulweite für unterschiedliche Reifengrößen handeln.

Durch den kompakten Aufbau ist es möglich, um eine als Prüf­ trommel ausgebildete Abrollunterlage mehrere Meßachsen mit zugeordneten Kraftmeßeinrichtungen für Axial- und Radial­ kräfte anzuordnen.

Durch die Erfindung wird eine Meßanordnung mit kompaktem Auf­ bau erreicht, bei welcher anstelle komplizierter Mehrkompo­ nentenmeßnaben einfache Kraftmeßeinrichtungen verwendbar sind, die als serienmäßig im Handel erhältliche Ein- oder Zweikomponentenmeßdosen, insbesondere als Wägezellen, aus­ gebildet sein können. Es läßt sich hiermit die Funktion einer Meßeinrichtung erreichen, bei der bislang eine Mehrkomponen­ tenmeßnabe erforderlich war.

In den Figuren wird die Erfindung an einem Aus­ führungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Prüfstand mit einer Meßvorrichtung zum Messen von Radial- und Axialkräften, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung ist;

Fig. 2 in schnittbildlicher Darstellung die Meßvorrich­ tung der Fig. 1;

Fig. 3 den Aufbau der in der Meßvorrichtung der Fig. 1 verwendeten Meßachse mit der zugeordneten Kraftmeß­ einrichtung für die Axialkräfte und

Fig. 4 die Meßachse mit der zugeordneten Kraftmeßein­ richtung für die Radialkräfte.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Reifenprüfstand wird eine um eine Achse 30 drehbare Prüftrommel 27 verwendet, welche am gleichen Unterbau 26 gelagert ist wie eine Meß­ einrichtung 28 zum Messen der Radialkräfte (Pfeil R) und der Axialkräfte (Pfeil A). Es können auch mehrere, z. B. sechs, Meßeinrichtungen um den Umfang der Prüftrommel 27 verteilt sein. Die Meßeinrichtung 28 ist hierzu mit einer Grundplatte 16 in einer am Unterbau 26 abgestützten Einrichtung 29 zum Einstellen von Spur und Lenkerwinkel gelagert. Bei der in Fig. 2 dargestellten Meßeinrichtung ist ein zu prüfender Reifen 2 auf eine Felge 1 aufgezogen. Die Felge 2 ist an einer Flanschhülse 3 befestigt. Die Flanschhülse 3 ist in radialer Richtung über Wälzlager 4 und 5 an einem hohl­ zylindrischen Achsteil, welcher als feststehende Innen­ hülse 7 ausgebildet ist, gelagert. In axialer Richtung ist die umlaufende Flanschhülse 3 durch ein weiteres Wälzlager 6 mit der feststehenden Innenhülse 7 verbunden. Das Wälzlager 6 ist in radialer Richtung nach außen hin durch eine Stützschraube 29 gesichert. Die Stützschraube 29 ist auf das eine Ende eines Zug-Druckstabes 12 geschraubt.

Der Zug-Druckstab 12 liegt in der Radachse 25 und befindet sich im Innern eines hohlzylindrischen Achsteils, welcher als Achsstummel 9 am Meßachsenkörper 13 gebildet ist. Der Zug-Druckstab 12 besteht aus einem biegeweichen Material, so daß in eine an seinem anderen Ende angeordnete Kraft­ meßeinrichtung 11 nur Axialkräfte eingeleitet werden. Die Kraftmeßeinrichtung 11 befindet sich in einem an den Meßachsenkörper 13 angeformten Gehäuseteil 10 (Fig. 2 und 3) und ist auf das Ende des Zug-Druckstabs 12, welches in den Gehäuseteil 10 ragt, aufgeschraubt. Mittels einer Befesti­ gungsschraube 30 ist die Kraftmeßdose 11 an einem an dem Gehäuseteil 10 festgeschraubten Boden 31 befestigt.

Zwischen dem innenliegenden Achsteil bzw. Achsstummel 9 und dem koaxial angeordneten Achsteil (feststehende Innenhülse 10, 7) ist ein hohlzylindrischer Zwischenraum vorgesehen, welcher mit Kugeln eines Kugelkäfigs 8 ausgefüllt ist. Die Kugeln be­ sitzen den gleichen Durchmesser wie die Dicke des hohl­ zylindrischen Zwischenraums. Durch die Kugeln des Kugelkäfigs 8 wird eine reibungsfreie Lagerung der feststehenden Innen­ hülse auf dem Achsstummel 9 gewährleistet.

Die Innenhülse 7 ist mit dem aus dem Achsstummel 9 heraus­ ragenden Ende des Zug-Druckstabs 12 in axialer Richtung starr verbunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die feststehende Innenhülse 7 auch drehfest mit dem Zug-Druckstab 12 verbunden.

Beim Meßlauf werden hervorgerufene Axialkräfte (Pfeil A) von der Innenhülse 7 auf den Zug-Druckstab 12 übertragen. Der Zug-Druckstab 12 leitet diese Axialkräfte in die Kraftmeßein­ richtung 11, welche als Wägezelle ausgebildet sein kann, ein.

Zur Erfassung der Radialkräfte ist eine zweite Kraftmeß­ einrichtung 21 vorgesehen (Fig. 4). Mit Hilfe einer Stütz­ schraube 24 ist die Kraftmeßeinrichtung 21 spielfrei oder mit Vorspannung gegen ein Gehäuse 14 abgestützt, das am Meßachsenkörper 13 befestigt ist. In Richtung eines Pfeiles X wird das Gehäuse 14 mit einem Druckpilz 22 gegen einen Lastkopf 23 der Meßeinrichtung 21 gedrückt. Das Gehäuse 14 ist über zwei Flachstützfedern 15 gegen die Grundplatte 16 abgestützt. Eine Flachstützfeder 15 kann auch durch zwei Stabfedern ersetzt sein. Hierdurch wird der Meßachsenkörper 13, welcher am Gehäuse 14 befestigt ist, nach Art eines Parallelschwingers reibungsfrei an der Grundplatte 16 ge­ lagert. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Grundplatte 16 über die Einrichtung 29 am Unterbau 26 abgestützt, an welchem auch die Prüftrommel 27 drehbar gelagert ist.

Die Grundplatte 16 besitzt weiterhin zwei Seitenwände 17, von denen eine Seitenwand dargestellt ist. An diesen Seiten­ wänden ist eine Anschlagleiste 18 mit einer Stellschraube 19 und eine Befestigungsleiste 20 mit der Stützschraube 24 vorgesehen. Die Anschlagleiste 18 hat dabei nicht nur die Funktion der Begrenzung der Auslenkung des nach Art eines Parallelschwingers gelagerten Gehäuses 14, sondern vermittelt auch eine derartige Vorspannung für das Gehäuse 14 und die Kraftmeßdose 21 gegeneinander, so daß keine Wechselbelastung auftritt.

Durch die gezeigte Meßanordnung wird gewährleistet, daß in die erste Kraftmeßeinrichtung 11 nur axiale Kräfte einge­ leitet werden und in die zweite Kraftmeßeinrichtung 21 nur radiale Kräfte eingeleitet werden. Die Meßempfindlichkeiten der beiden Kraftmeßdosen 11 und 21 sind entsprechend in die axiale Richtung und in die radiale Richtung, in welcher das Gehäuse 14 als Parallelschwinger gelagert ist, eingebaut.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Messen von Radial- und Axialkräften an einem aus Luftreifen und Felge bestehenden Rad in einem Reifenprüfstand, bei welchem im Meßlauf der auf die Felge montierte Luftreifen an einer Abrollunterlage, insbesondere einer Prüftrommel abrollt, mit einer Meßachse, auf welcher das aus Felge und Luftreifen bestehende Rad während des Meß­ laufs drehbar gelagert ist, und mit Kraftmeßeinrichtungen für die Radial- und Axialkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Meßachse (7, 9, 13) zwei zylindrische Achsteile (7 und 9) aufweist, von denen der erste innenliegende Achsteil (9) an einer Grundplatte (16) in radialer Richtung gerad­ linig reibungsfrei bewegbar gelagert ist und der zweite außenliegende Achsteil (7) in axialer Richtung reibungs­ frei auf dem ersten Achsteil (9) gelagert ist;
• - zur Einleitung der Axialkräfte in eine erste, am ersten Achsteil (9) abgestützte Kraftmeßeinrichtung (11) ein längs der Radachse (25) sich erstreckender biegeweicher Zug-Druckstab (12) mit dem zweiten Achsteil (7) in axialer Richtung starr verbunden ist, und
• - zum Erfassen der Radialkräfte in der Bewegungsrichtung des ersten Achsteils (9) eine zweite Kraftmeßeinrichtung (21) zwischen die Grundplatte (16) und den ersten Achs­ teil (9) geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Achsteil (9) und dem zweiten Achsteil (7) Kugeln oder Rollen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem ersten Achsteil (9) und dem zweiten Achsteil (7) ein zylindrischer Zwischenraum vorhanden ist, der durch Kugeln oder Rollen ausgefüllt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Achsteil (7) drehfest mit dem Zug-Druckstab (12) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am einen aus dem ersten Achsteil (9) herausragenden Ende des Zug-Druckstabs (12) der zweite Achsteil (7) befestigt ist und am anderen Ende des Zug-Druck- Stabs (12) die erste Kraftmeßeinrichtung (11) sitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (1, 2) auf einer am zweiten Achsteil (7) drehbar gelagerten Flanschhülse (3) befestig­ bar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschhülse (3) radial und axial über Wälzlager (4, 5 und 6) an dem zweiten Achsteil (7) abgestützt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (14, 15, 15) für den ersten Achsteil (9) an der Grundplatte (16) als Parallelschwinger ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Achsteil (9) mittels zweier Flachstützfedern (15, 15) an der Grundplatte (16) gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung (21) spielfrei und mit Vorspannung gegen die Lagerung (14, 15, 15) für den ersten Achsteil (9) gehalten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßachse (7, 9, 13) am gleichen Unterbau (26) abgestützt ist wie die Abrollunterlage (27).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung um die als Prüf­ trommel ausgebildete Abrollunterlage (27) mehrere Meßachsen (7, 9, 13) mit zugeordneten ersten und zweiten Meßeinrich­ tungen (11 und 21) angeordnet sind.