DE3831795A1 - Rollenpruefstand fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Rollenpruefstand fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rollprüfstand nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Rollenprüfstand ist beispielsweise aus
der DE 36 30 231 A bekannt. Dieser Prüfstand entspricht
im wesentlichen den bekannten Bremsprüfständen und
enthält zwei antreibbare Trommeln, auf deren Außenfläche
die beiden Räder eine Achse des Kraftfahrzeugs ablaufen.
Die Fixierung des Kraftfahrzeugs erfolgt im wesentlichen
mit Hilfe der Räder der anderen Achse, die in ortsfesten
Aufspannrahmen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs
angreifen. Zusätzlich sind dabei eine Abstützungen
gegenüber Wänden vorgesehen, die außerhalb des
Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Diese Abstützungen
bestehen im wesentlichen aus aufblasbaren Bälgen.
Bei diesem Rollenprüfstand ist nur ein sehr
eingeschränktes Prüfen des Kraftfahrzeugs möglich, da im
wesentlichen lediglich die Bremswirkung der mit Hilfe
der Trommel angetriebenen Räder untersucht werden kann.
Zwar ist es auch möglich, Seitenkräfte durch
Lenkbewegungen der angetriebenen Räder einzuleiten.
Damit aber wird nur eine geringfügige Verbesserung der
Prüfmöglichkeiten erzielt, da dann neben dem ohnehin nur
in sehr beschränktem Umfang möglichen Einleiten von
Seitenkräften auch die Reaktion der seitlichen
Abstützungen zu berücksichtigen ist. Diese Reaktion
entspricht wiederum nicht den tatsächlichen
Verhältnissen, wie sie im realistischen Betrieb des
Kraftfahrzeugs auftreten.
Zwar ist bei Prüfständen gattungsfremder Art versucht
worden, das komplette Kraftfahrzeug in realistischer
Weise zu untersuchen. Insbesondere geht es dabei stets
um das Problem, die Auswirkungen von unterschiedlichen
Fahrbahneigenschaften und Fahrbahnoberflächen sowohl
hinsichtlich ihrer Beschaffenheit als auch hinsichtlich
ihrer Höhenlage und die Reaktion des Kraftfahrzeugs,
insbesondere seines Federungs- und Dämpfungssystems zu
untersuchen. Die Prüfstände, mit denen derartiges
untersucht werden soll, zeichnen sich aber dadurch aus,
daß dabei erhebliche vorbereitende Maßnahmen,
beispielsweise die Demontage der angetriebenen Räder und
das Ersetzen der Räder durch entsprechende
Antriebsvorrichtungen, erforderlich ist. Ein Beispiel
hierfür findet sich in der DE-OS 35 07 906 A, in der ein
derartiger Prüfstand beschrieben ist. Abgesehen von den
erheblichen Rüstzeiten ist dabei aber gerade das
wesentliche Element der Übertragungskette zwischen
Fahrbahn und der Karosserie des Kraftfahrzeugs, nämlich
das Fahrzeugrad, völlig eliminiert. Seine Wirkungen im
Rahmen des gesamten Masse-Federsystems können daher
nicht untersucht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Rollenprüfstand der eingangs genannten Art zu schaffen,
mit dem bei betriebsfertigem, komplettem Kraftfahrzeug
eine realistische Prüfung möglich ist und der sich durch
einen einfachen konstruktiven Aufbau sowie die
Möglichkeit auszeichnet, auch extreme
Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs im Labor zu
simulieren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Höhenverstellbarkeit der Trommeln unabhängig
voneinander ermöglicht, beliebige Kräfte in vertikaler
Richtung auf die Räder und damit über die
Feder-Dämpfereinrichtungen des Kraftfahrzeugs auf dessen
Karosserie einwirken zu lassen. Darüber hinaus ist durch
den Angriff der Haltevorrichtung am Schwerpunkt stets
eine realistische Prüfung möglich, die zudem so
gestaltet werden kann, daß sie die Lenkbewegung der auf
den Trommeln ablaufenden Rädern nicht behindert. Damit
aber wird es möglich, beliebige und zeitlich unbegrenzte
Seitenkräfte auf das Kraftfahrzeug einwirken zu lassen.
Sämtliche auf das Kraftfahrzeug ausgeübten Kräfte können
sämtlichen möglichen Betriebsbedingungen des
Kraftfahrzeugs entsprechen und dabei auch im großen
Rahmen unterschiedlich sein. Es ist sogar möglich, auch
theoretisch mögliche und in der Praxis praktisch nie
auftretende Betriebsbedingungen zu simulieren und damit
auch unter derart extremen, praktisch unrealistischen
Bedingungen eine Prüfung des Kraftfahrzeugs unter derart
extremen Betriebsbeanspruchungen vorzunehmen.
In den weiteren Patentansprüchen 2 bis 13 sind
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
Der Patentanspruch 14 sieht die Möglichkeit vor, nicht
nur die Räder einer Achse, sondern die Räder beider
Achsen des Kraftfahrzeugs mit Trommeln gem. dem
Patentanspruch 1 anzutreiben und zu bewegen und damit
für das gesamte Kraftfahrzeug ein Optimum an
Testmöglichkeiten zu erzielen. Sämtliche Trommeln sind
dabei unabhängig voneinander antreibbar und bewegbar.
Die hierfür insgesamt vorgesehenen konstruktiven
Ausgestaltungen, die in den Patentansprüchen 2 bis 13,
angegeben sind, beziehen sich dabei nicht nur auf die
Ausführungsform gem. dem Patentanspruch 1, bei der
lediglich die Räder einer Achse durch zwei Trommeln
angetrieben werden, sondern auch auf die Ausführungsform
gemäß Patentanspruch 14, bei der sämtliche Räder des
Kraftfahrzeugs in der beschriebenen Weise geprüft werden
können.
Im einzelnen ergeben sich die besonderen Vorteile der
Merkmale nach Patentanspruch
- 2 im einfachen konstruktiven Aufbau der Höhenverstellung der Trommeln,
- 3 in einer Detaillierung dieses Aufbaus, die beispielsweise anstelle einer unterhalb der Trommeln angeordneten Einrichtung eine Vertikalbewegung der Trommeln ermöglicht,
- 4 in einer konstruktiv besonders vorteilhaften Ausbildung der Mittel zur Vertikalbewegung der Trommel,
- 5 in der größtmöglichen individuellen Einstellung der Trommel-Drehbewegung und auch der in die Trommeln einleitbaren Bremskräfte durch entsprechende Gestaltung des beispielsweise elektrischen oder hydraulischen Antriebs-Motors,
- 6 in dem besonders kompakten Aufbau des Prüfstands, aus dem sich insbesondere die Möglichkeit für weitere Belastungen durch Verstellung der Trommeln quer und/oder längs des Kraftfahrzeugs ergeben (Patentanspruch 7),
- 8 in der freien Zugänglichkeit des Kraftfahrzeugs auch während der Prüfung,
- 9 in einer weiteren Verbesserung durch Einbringen frei wählbarer Seitenkräfte,
- 10 in der einfachen Fixierung des Kraftfahrzeugs mit dem resultierenden Angriffspunkt stets im Schwerpunkt,
- 11 in der einfachen meßtechnischen Bestimmung der auftretenden Reaktionskräfte,
- 12 in einer Alternative zur Ausführungsform der Halteeinrichtung nach den Patentansprüchen 10 und 11 und
- 13 in einer besonders einfachen Entsorgung des Prüfraums von Abrieb oder zusätzlichen auf das Kraftfahrzeug oder die Trommeln aufbringbaren Prüfmaterialien, wie Sand, Schnee, Wasser und dgl.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen
Rollenprüfstands, teilweise im Querschnitt,
Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise als
Längsschnitt, des Prüfstands von Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht bzw. einen Teil-Höhenschnitt
des Prüfstands und
Fig. 4 mit den Teilen a) und b) eine alternative
Haltevorrichtung des Kraftfahrzeugs.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist ein
komplettes, betriebsfertiges Kraftfahrzeug 1 auf vier
fahrzeuggerecht angeordneten Lauf-Trommeln 2 gelagert.
Dabei läuft jedes der vier Räder 3 des Kraftfahrzeugs 1
auf einer zugeordneten Trommel 2.
Jeder der Trommeln 2 ist an einem Halteteil 4 drehbar
gelagert, an dem eine Parallelführung 5 angreift und
durch das hindurch eine Antriebswelle 6 zum Antrieb der
Trommeln 2 greift. Die Antriebswellen 6 sind als
homokinetische Gelenkwellen ausgebildet und jeweils mit
einem Antriebs- und Bremsmotor 7 verbunden. Die
Parallelführung 5 besteht jeweils aus vier Lenkern 8,
die paarweise parallel zueinander angeordnet sind und
von denen jeweils zwei konisch zum Halteteil 4 hin
verlaufen. Jeder der Lenker 8 ist seinerseits mit seinem
anderen Ende drehbar in einem Rahmen 9 gehalten.
Der Rahmen 9 trägt den Antriebs- und Bremsmotor 7, die
Antriebswelle 6, das Halteteil 4 sowie die Trommel 2 und
ist ferner, bezogen auf das Kraftfahrzeug 1 in Längs-
und Querrichtung verschiebbar. Ferner hält er das eine
Ende eines Stellglieds 10, das mit seinem anderen Ende
am Halteteil 4 angelenkt ist und das die Höhenlage der
Trommel 2 einstellt. Hierzu ist das Stellglied 10 als
hydraulischer Zylinder ausgebildet, der ein längs
verstellbares Teil 11 besitzt und damit durch Variation
der Lage dieses Teiles 11 die Höhenlage der Trommel 2
bestimmt. Durch die Parallelführung 5 wird erreicht, daß
bei Änderung der Höhenlage der Trommel 2 diese ihre
waagrechte Drehachse beibehält.
Durch entsprechende Wahl und Variation des Antriebs- und
Bremsmoments der Antriebs- und Bremsmotore 7, der
Höhenlage der Trommeln 2 durch entsprechende
(veränderliche) Einstellung des Stellglieds 10 und durch
Einstellen der Längs- und Querlage des Rahmens 9 wird es
somit möglich, sämtliche Betriebsbedingungen des
Kraftfahrzeugs zu simulieren und damit reproduzierbar
die Reaktion des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
Hierzu ist ferner eine Haltevorrichtung in Form von
Halteseilen 13 vorgesehen, die vertikal frei
mitschwingend ausgebildet sind. Die Seile 13 sind in
verstellbaren Säulen 14 verankert, welche auch
kugelgelagerte Seilausgleichsvorrichtungen (vertikal)
enthalten (nicht dargestellt). Die Bestimmung der
Reaktionskräfte erfolgt mit Hilfe von integrierten
Kraftgebern 15.
Wesentlich für die Wirkungsweise des dargestellten
Rollenprüfstands ist der resultierende Angriffspunkt der
Halteseile 13. Diese ist so gewählt, daß er nicht nur in
der dargestellten Ruhelage, sondern - über die
Höhenverstellbarkeit der Halteseile 13 erzielt - auch
unter den gesamten auftretenden Prüfbedingungen mit dem
Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs 1 zumindest
näherungsweise zusammenfällt. Auf diese Weise wird der
Einfluß der Haltevorrichtung, wie sie hier durch die
Halteseile 13 gebildet ist, auf die Meßergebnisse
weitgehend eliminiert.
Eine weitere Verbesserung des dargestellten
Rollenprüfstands ist insbesondere in Fig. 3 zu erkennen.
Diese besteht in der Möglichkeit, die Trommeln 2
zumindest für eine Achse lenkbar auszubilden. Durch ein
Lenkgestänge 16, das über einen Längslenker 17 an jeder
der beiden Trommeln angreift, wird es möglich, diese um
eine - bezogen auf das Kraftfahrzeug 1 - Hochachse zu
verstellen und damit beliebige Seitenkräfte einzuleiten.
Nicht dargestellt, aber ebenfalls möglich, ist auch das
Trommelpaar für die anderen Räder in entsprechender
Weise lenkbar. Damit werden insbesondere in Hinblick auf
moderne Vierradlenkungen realitätsgerechte Prüfungen des
Kraftfahrzeugs möglich.
Als Trommeln 2 kommen vorzugsweise Stahl- oder
Aluminiumräder mit Gummibereifung aus dem
Nutzfahrzeugbereich zur Anwendung. Der Durchmesser
dieser Trommeln 2, an der Lauffläche gemessen, kann je
nach Größe des Prüflings, d.h. der Räder 3 des
Kraftfahrzeugs 1, zwischen 800 mm und 1800 mm betragen.
Zweckmäßigerweise soll der Durchmesser der Trommeln 2
den doppelten Durchmesser der darauf abrollenden Räder 3
aufweisen. Die Gummilauffläche der Trommeln 2 kann je
nach Anforderung profiliert oder profillos sein.
Der Einbau der vier Einheiten erfolgt in einem unter dem
eigentlichen Prüfraum 18 liegenden Untergeschoß 19,
wobei der direkt unter dem Kraftfahrzeug 1 befindliche
Raum 20 als Rinne 21 ausgebildet ist. Am Boden der Rinne
21 ist ein Förderband 22 eingebaut. Innerhalb der Rinne
21 befinden sich nur die korrosions- und verschleißfest
ausgelegten Trommeln 2 mit den zugehörigen
Parallelführungen 5. Außerhalb der Rinne in einem davon
hermetisch dichten Raum des Untergeschosses 19 sind alle
übrigen Einrichtungen untergebracht.
Der Scheitelpunkt der Trommel 2 ist für die konstruktive
Nullage bodeneben eingestellt und mit vertikal
mitbeweglichen Verkleidungen 23 umgeben. Der gesamte
Prüfraum 18 ist in einem Windkanal 25 und einer
Umweltsimulationskammer untergebracht. Innerhalb des
Windkanals 25 sind Einrichtungen vorhanden (nicht
dargestellt), die das Kraftfahrzeug mit Split,
Salzwassernebel, Sprühwasser, Industriegasen, Kälte,
Wärme, Schwitzwasser und Schnee beaufschlagen können.
Für die Beaufschlagung des Kraftfahrzeugs 1 mit
terrestrischer Strahlung ist zusätzlich eine aus
mehreren entsprechenden Leuchten bestehende Einrichtung
24 an der Decke des Prüfraums 18 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist eine Alternative
zur Haltevorrichtung mit Hilfe der Halteseile 13
vorgesehen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.
Die hier dargestellte Haltevorrichtung fixiert das
Kraftfahrzeug 1 ebenfalls horizontal und läßt es
vertikal frei schwingen. Sie ist unterhalb des
Kraftfahrzeugs etwa in der Fahrzeugmitte angeordnet. Sie
besteht aus einer Grundplatte 26, die über Gummielemente
27 an den Schwellern oder anderen geeigneten Stellen des
Kraftfahrzeugs bzw. der Fahrgastzelle befestigt sind. In
die Grundplatte integriert sind zwei im Gelenkabstand
einstellbare Doppelgelenkanschlüsse 28 mit definiertem
Abstand a in Längsrichtung angeordnet. An die
Doppelgelenkanschlüsse 28 ist je ein Kniehebel 29
angeschlossen, der quer zur Fahrtrichtung mittels eines
Zahnsegments 30 und in Fahrtrichtung durch entsprechende
Gelenklager 31 momentensteif ausgebildet ist. Vertikal
ist somit eine ungehinderte Bewegung des Kraftfahrzeugs
möglich. Der verstellbare Doppelgelenkabstand b
ermöglicht eine Lageveränderung des tatsächlichen
Gelenkdrehpunktes, womit dieser den fahrzeugspezifischen
Gegebenheiten angepaßt werden kann.
In sämtlichen Ausführungsformen kann die Bedienung des
Kraftfahrzeugs mittels bekannter Fahrroboter oder auch
durch einen Fahrer erfolgen.
Der erfindungsgemäße Prüfstand ermöglicht eine
realitätsnahe Belastung des Kraftfahrzeugs. Die auf das
Kraftfahrzeug wirkenden komplexen Belastungen des realen
Fahrbetriebs lassen sich in einzelne Komponenten
zerlegen, deren Funktion am Prüfstand wieder erzeugt
wird.
Die Vertikalbelastung infolge von Straßenunebenheiten
erfolgt über die entsprechend einem vorgegebenen
Straßenprofil angesteuerte Vertikalbewegung der Trommeln
2.
Die Seitenkräfte an der Vorderachse werden ebenso wie im
realen Fahrbetrieb über den Schräglaufwinkel der Räder
2, der durch die Lenkbewegung entsteht, aufgebracht. An
der Hinterachse wird anstelle der Fahrzeugschrägstellung
eine Schrägstellung der Trommeln 2 über die Lenker 16
und 17 vorgenommen. Dadurch entsteht auch an der
Hinterachse ein Schräglaufwinkel und damit eine
Seitenkraft. Die Schrägstellung der beiden Trommeln 2
kann synchron oder in beliebigen Funktionen zueinander
durchgeführt werden, womit auch die Möglichkeit für
Sonderuntersuchungen gegeben ist.
Die Längsbelastung infolge von Beschleunigungen,
Verzögern und Bremsen sowie unterschiedlichen
Geschwindigkeiten der einzelnen Räder wird über die
Drehbewegung der Trommeln 2 und den daran angekoppelten
bzw. diese antreibenden Motore 7 im
Vier-Quadranten-Betrieb erzeugt.
Über die horizontale Halterung des Kraftfahrzeugs und
mittels der in den Halteseilen 13 integrierten
Kraftgebern 15 werden die Reaktionskräfte gemessen.
Diese Meßsignale können in den Regelkreisen der
verschiedenen Stellglieder zur Regelung miteingeschleust
werden. Entsprechendes gilt für die Haltevorrichtung
entsprechend Fig. 4. Dabei sind die Kraftgeber 32
zwischen der Haltevorrichtung und dem Kraftfahrzeug 1
angeordnet.
Schließlich kann die Umweltbelastung auch in Verbindung
mit der mechanischen Belastung ausgeübt werden. Dabei
dient das Förderband 22 zur Beseitigung des
Schmutzanfalles.
Claims (14)
1. Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge mit zwei
drehbaren Trommeln für die beiden Räder einer Achse
und mit einer Haltevorrichtung für das komplette,
betriebsfertige Kraftfahrzeug, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Trommeln (2)
unabhängig voneinander in ihrer Höhenlage
statistisch und dynamisch verstellbar sind und daß
die Haltevorrichtung am Schwerpunkt des
Kraftfahrzeugs (1) angreift.
2. Rollenprüfstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Parallelführung (5), die an einem
Halteteil (4) für die Trommel (2) gelenkig angreift
und die Trommel (2) vertikal mit gleichbleibend
waagrechter Drehachse verstellt.
3. Rollenprüfstand nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Parallelführung (5) durch
vier Lenker (8) gebildet ist, die paarweise
parallel zueinander und zum Halteteil hin
aufeinanderzu verlaufen.
4. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch ein Stellglied (10, 11) für die
Höhenlage des Halteteils (4).
5. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch einen jeder Trommel (2)
zugeordneten separaten Antrieb.
6. Rollenprüfstand nach Anspruch 1, 2, 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (7), die
Parallelführung (5) und das Stellglied (10, 11) an
einem gemeinsamen Rahmen (9) gelagert sind.
7. Rollenprüfstand nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) in Längs-
und/oder Querrichtung des Kraftfahrzeugs (1)
verstellbar ist.
8. Rollenprüfstand nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) unterhalb des
Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
9. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trommeln (2)
gelenkig miteinander verbunden und gemeinsam je um
eine Hochachse des Kraftfahrzeugs (1) schwenkbar
sind.
10. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung
aus mehreren am Kraftfahrzeug angreifenden
Halteseilen (13) besteht.
11. Rollenprüfstand nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Halteseil (13) mit einer
Kraftmeßeinrichtung (14) verbunden ist.
12. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung
zwei miteinander gekoppelte Kniegelenke (29)
aufweist, die an ihrem einem Ende zwei miteinander
kämmende und um eine waagrechte Achse schwenkbare
Zahnsegmente (30) aufweisen und die mit ihren
anderen Enden am Kraftfahrzeug angreifen.
13. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trommeln (2) über
einer Rinne (21) liegen, an deren Fuß ein
Transportband (22) angeordnet ist.
14. Rollenprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß auch für die beiden
Räder (3) der anderen Achse Trommeln (2)
entsprechend den in den Patentansprüchen 1 bis 13
enthaltenen Merkmalen vorgesehen sind.
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