DE3909308A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines durch tangentialkraefte hervorgerufenen rueckstellmoments bei einer reifenpruefmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines durch Tangentialkräfte hervorgerufenen Rückstellmoments bei einer Reifenprüfung in einer Reifenprüfmaschine, bei welcher ein Luftreifen während eines Meßlaufs mit einer Prüffläche in einer Aufstandsfläche in Berührung gebracht wird und an der Prüffläche abgerollt wird, und aus dabei gewonnenen Tangentialkraftmeßwerten das Rückstellmoment gebildet wird, sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrich­ tung ist es aus der deutschen Patentschrift 23 26 046 bekannt, aus den Tangentialkräften ein Rückstellmoment, wel­ ches um eine durch die Mitte der Aufstandsfläche des Reifens und senkrecht zur Aufstandsfläche verlaufenden Achse in der Aufstandsfläche wirkt, bei der Prüfung von Luftreifen, ins­ besondere Kraftfahrzeugreifen, durch Messung der Tangential­ kräfte zu bestimmen. Bei der bekannten Reifenprüfmaschine sind zu beiden Seiten einer als Prüftrommel ausgebildeten Prüffläche unter anderem Kraftmeßwandler in der Prüftrommel­ achse vorgesehen. Diese Kraftmeßwandler sind in gleichen Abständen von einer senkrecht durch die Prüftrommelachse verlaufenden Mittelebene der Prüftrommel angeordnet. Diese beiden Meßwandler liefern Meßsignale, die den Tangential­ kräften proportional sind, welche während eines Meßlaufs in der Radaufstandsfläche zur Wirkung kommen. Durch Multi­ plikation mit einem dem Abstand der Kraftmeßwandler von der Prüftrommelmittelebene entsprechenden Signal mit einem Dif­ ferenzsignal für die beiden von den Meßwandlern gelieferten Kraftmeßsignale wird ein dem Rückstellmoment proportionales Signal gebildet.

Hierbei bleibt unberücksichtigt, daß die Aufstandsfläche des Reifens gegenüber der senkrecht zur Prüftrommelachse verlau­ fenden Prüftrommelmittelebene versetzt liegen kann. In vielen Anwendungsfällen ist dies auch der Fall. Aufgrund dieser unsymmetrischen Lage der Aufstandsfläche des Luft­ reifens auf der Prüftrommel wird ein Grundrückstellmoment erzeugt, das die Meßwerte überlagert. Es ergeben sich daher Fälle, bei denen auch bei einem nicht vorhandenen, auf die Mitte der Aufstandsfläche des Luftreifens bezogenen Rück­ stellmoment des Luftreifens ein Rückstellmoment gemessen wird. Dies ergibt sich daraus, daß die Tangentialkraft des Reifens nicht genau in der Mitte des Abstandes der beiden Kraftmeßwandler, d.h. symmetrisch zur Trommelmitteleben, angreift.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art eine Eliminierung der aus der unsymmetrischen Lage der Aufstandsfläche des Luftreifens auf der Prüffläche resultierenden Grund-Rück­ stellmomente zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwei Meßläufe mit den zu prüfenden Luftreifen durchgeführt werden, zwi­ schen denen der Luftreifen gewendet wird und die Drehrichtung des Antriebs umgekehrt ist, und daß aus den aus den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomenten das auf die Auf­ standsflächenmitte bezogene Rückstellmoment gebildet wird.

Bei der Erfindung wird demnach zunächst ein erster Meßlauf durchgeführt, bei welchem das Rückstellmoment aus den Tangen­ tialkräften gebildet wird. Dies erfolgt beispielsweise so, wie es in der deutschen Patentschrift 23 26 046 beschrieben ist. Anschließend wird der Reifen in der Aufnahme der Reifen­ prüfmaschine gewendet und der Antrieb der Reifenprüfmaschine in entgegengesetzte Antriebsrichtung umgeschaltet. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Reifen mit einer ihm zuge­ ordneten gleichen Drehrichtung wie beim ersten Meßlauf für das Abrollen an der Prüffläche angetrieben wird. Auch während des zweiten Meßlaufs wird aus den Tangentialkraftmeßwerten ein Rückstellmoment, wie oben beschrieben, gebildet.

Aus den beiden Rückstellmomenten, welche während dieser beiden Meßläufe gewonnen wurden, läßt sich dann das Rück­ stellmoment bilden, welches auf die Mitte der Aufstandsfläche des Luftreifens bezogen ist. Dieses Rückstellmoment ist das gewünschte zu ermittelnde Rückstellmoment, welches in der Fachsprache auch als "Torque Steer Effekt" bezeichnet wird.

Die am Luftreifen während des Meßlaufs wirkende Tangential­ kraft ist von der Umlaufgeschwindigkeit abhängig. Tangen­ tialkräfte erhöhen sich bei steigender Geschwindigkeit und wachsen oberhalb eines bestimmten Geschwindigkeitswertes exponentiell an (deutsche Patentanmeldung P 38 21 262.5). Durch entsprechende Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit bei den beiden Meßläufen läßt sich gewährleisten, daß die aus Seitenkräften resultierenden Anteile des Rückstell­ moments gegenüber dem Anteil des Rückstellmoments, welcher von den Tangentialkräften herrührt, vernachlässigbar wird.

Die Auswertung der bei den beiden Meßläufen gewonnenen Rück­ stellmomente erfolgt so, daß der Momentenanteil des Rück­ stellmoments, der aus dem Abstand der Mitte der Aufstands­ fläche von einer maschinenbedingten, zu den Tangential­ kräften parallel verlaufenden Bezugslinie bzw. -ebene resul­ tiert, eliminiert wird. Im Falle einer Prüftrommel als Prüffläche ist dies die zur Prüftrommelachse senkrechte Trommelmittelebene.

In bevorzugter Weise erfolgt die Auswertung der Meßsignale so, daß die halbe Differenz aus den aus den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente gebildet wird. Man erhält dann ein dem gewünschten, auf die Mitte der Aufstandsfläche bezo­ genen Rückstellmoment proportionales elektrisches Signal.

Es ist auch möglich, daß die halbe Summe der aus den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente von einem der bei den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente subtrahiert wird.

Durch die Erfindung erreicht man eine Nullung des Meßsystems, weil hierbei der Anteil des Grundrückstellmoments, welcher maschinenbedingt ist, eliminiert wird. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit bei der Reifenprüfung erhöht.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ab­ gewandelter Form.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Prüffläche in einer nicht näher dargestellten Reifen­ prüfmaschine eine Prüftrommel 1 verwendet. Zu beiden Stirn­ seiten der Prüftrommel 1 sind in der Prüftrommelachse A Kraftmeßwandler 2 und 3 angeordnet, welche Tangentialkräfte T 1 und T 2 während noch zu erläuternder Meßläufe erfassen. Bei diesen Meßläufen wird ein nicht näher dargestellter zu prüfender Luftreifen mit einem bestimmten Prüfdruck auf die Mantelfläche der Prüftrommel 1 aufgesetzt. Die Berührung zwischen Prüftrommel 1 und zu prüfendem Luftreifen erfolgt in einer Aufstandsfläche LA, welche auch mit Latsch bezeich­ net wird. Die Kraftmeßwandler 2 und 3 besitzen von einer senkrecht auf der Prüftrommelachse A stehenden Mittelebene B einen gleichen Abstand a.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, besitzt die Aufstandsfläche LA gegenüber der Mittelebene B der Prüftrommel 1 eine unsymme­ trische Lage. Die Mitte Z der Aufstandsfläche LA besitzt ge­ genüber der Mittelebene B der Prüftrommel einen Abstand Lo.

Wenn in einem Meßlauf ein Luftreifen geprüft wird, dessen Rollwiderstand in axialer Richtung innerhalb der Aufstands­ fläche LA differiert, führt dies zu einem Tangentialkraft­ vektor, der seitlich gegenüber der Mitte Z der Radaufstands­ fläche versetzt ist, beispielsweise um eine Strecke L. Diese Strecke L bzw. dieser Abstand L des Tangentialkraftvektors von der Mitte Z der Aufstandsfläche L wirkt als Hebelarm, so daß ein Drehmoment in der Aufstandsfläche zwischen zu prüfen­ dem Luftreifen und Prüftrommel 1 entsteht. Dieses hieraus resultierende Drehmoment läßt sich mit Hilfe der Kraftmeß­ wandler 2 und 3, die die Tangentialkräfte ermitteln, bestim­ men.

In den Meßwerten, welche die Kraftmeßwandler 2 und 3 liefern, ist auch noch der Drehmomentanteil enthalten, welcher aus dem Abstand Lo der Mitte Z der Aufstandsfläche LA von der Mittelebene B der Prüftrommel 1 resultiert.

Wenn in einem ersten Meßlauf ein Luftreifen mit innerhalb der Aufstandsfläche LA unterschiedlichem Rollwiderstand geprüft wird, entsteht beispielsweise ein Tangentialkraftvektor T 1. Dieser Tangentialkraftvektor verursacht ein Rückdrehmoment

MR I = T 1 (L + Lo) (1)

Die an den beiden Meßwertaufnehmern 2 und 3 erfaßten Kräfte, die aus diesem Rückdrehmoment resultieren, werden in einer Subtrahiereinrichtung 13 voneinander subtrahiert und in einem Multiplizierer 4 mit dem Abstand a der Kraftmeßwandler 2 und 3 von der Mittelebene B multipliziert. Man gewinnt dann hier­ aus, wie es in der deutschen Patentschrift 23 26 046 erläu­ tert ist, das aus der Tangentialkraft T 1 resultierende Rück­ drehmoment MR I. Wie aus obiger Gleichung (1) zu ersehen ist, enthält dieses Rückdrehmoment jedoch noch den Anteil, welcher aus dem Abstand Lo der Mitte Z der Aufstandsfläche LA von der Mittelebene B resultiert. Diese Mittelebene B ist maschinen­ bedingt durch die Anordnung der Prüftrommel 1 und der Kraft­ meßwandler 2 und 3 in der Prüfmaschine. Als Kenngröße für den zu prüfenden Reifen interessiert jedoch nur das Rück­ drehmoment, welches auf die Mitte Z der Aufstandsfläche LA bezogen ist. Dieses Rückdrehmoment wirkt um eine durch die Mitte Z verlaufende Achse, die senkrecht zur Aufstandsfläche LA ist. Zur Erfassung dieses Rückdrehmoments wird gemäß der Erfindung ein zweiter Meßlauf durchgeführt, bei welchem der zu prüfende Luftreifen um seine Hochachse um 180° gewendet wird. Damit gleiche Abrollbedingungen wie beim ersten Meßlauf vorliegen, wird der Antrieb für den Reifen umgekehrt. Das bedeutet, daß der Reifen bezüglich seiner Achse die gleiche Drehrichtung wie im ersten Meßlauf beibehält. Die Prüf­ trommel 1 besitzt jedoch eine entgegengesetzte Drehrichtung. Falls der zu prüfende Luftreifen nicht von der Prüftrommel 1 angetrieben wird, sondern durch einen eigenen Antrieb, wird die Drehrichtung dieses Antriebes ebenfalls umgekehrt.

Bei diesem zweiten Meßlauf ergibt sich dann aufgrund des innerhalb der Aufstandsfläche L ungleichförmigen Rollwider­ stands zwischen Luftreifen und Prüftrommeloberfläche ein Tangentialkraftvektor T 2, der von der Mitte Z der Aufstands­ fläche L ebenfalls einen Abstand L aufweist. Das beim zwei­ ten Meßlauf sich ergebende Rückdrehmoment MR II ergibt sich nach folgender Beziehung:

MR II = T 2 (Lo - L) (2)

Da gleiche Abrollbedingungen für den Reifen im ersten und im zweiten Meßlauf vorliegen, gilt

T 1 = T 2 = T (3)

Bei der in der Fig. 1 an die beiden Kraftmeßwandler 2 und 3 angeschlossenen Auswerteschaltung wird an der Ausgangsseite der Multiplizierschaltung 4, in welcher das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 13 mit dem Abstand a multipliziert wird, nach dem jeweiligen Meßlauf ein dem Rückdrehmoment MR I bzw. MR II entsprechendes Ausgangssignal geliefert. Dieses Ausgangssignal wird über einen Umschalter 7 in zwei Speichereinrichtungen 5 und 6 weitergeleitet. Beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel wird das dem Rückdrehmoment MR I entsprechende elektrische Signal dem Speicher 5 zuge­ leitet und das dem Rückdrehmoment MR II entsprechende elektri­ sche Signal dem Speicher 6 zugeleitet.

In einer an die Ausgangsseiten der beiden Speicher 5 und 6 angeschlossenen Subtrahierschaltung 8 wird das im zweiten Meßlauf gebildete, dem Rückdrehmoment MR II entsprechende Signal, welches im Speicher 6 gespeichert ist, von dem im ersten Meßlauf gebildeten elektrischen Signal, welches dem Rückdrehmoment MR I entspricht, subtrahiert. Die Subtrahier­ schaltung 8 führt folgende Rechenoperation durch:

MR I - MR II = T (Lo + L) - T (Lo - L) = 2 TL (4)

An der Ausgangsseite der Subtrahierschaltung 8 ist eine Dividierschaltung 9 vorgesehen. Diese Dividierschaltung 9 halbiert das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 8. An der Ausgangsseite liefert die Dividierschaltung 9 dann ein elektrisches Signal, das dem zu ermittelnden Rückdrehmoment MR=TL, welches auf die durch die Mitte Z der Aufstands­ fläche L senkrecht verlaufende Achse bezogen ist. Dieses Rückdrehmoment wird bei der Reifenprüfung dann als Kenngröße verwendet.

In der Fig. 2 ist eine abgeänderte Auswerteschaltung als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Meßanord­ nung ist die gleiche wie in der Fig. 1, und für den Signal­ fluß in der Auswerteschaltung werden die gleichen Bauteile verwendet, einschließlich der Speicher 5 und 6. Das heißt, auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist an die beiden Kraftmeßwandler 2 und 3 die Subtrahierschaltung 13 und an den Ausgang der Subtrahierschaltung 13 die Multiplizier­ schaltung 4 und mit dem Ausgangs der Multiplizierschaltung 4 der Umschalter 6 verbunden. Auch bei diesem Ausführungs­ beispiel werden das elektrische Signal des Rückstellmoments MR I, das im ersten Meßlauf gebildet wurde, im Speicher 5 und das Rückstellmoment MR II, welches im zweiten Meßlauf gebil­ det wurde, im Speicher 6 gespeichert.

In Abänderung zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Ausgangsseite der Speichereinrichtung 5 an eine Addier­ schaltung 10 und an eine noch zu erläuternde Subtrahier­ schaltung 12 angeschlossen. Die Ausgangsseite des Speichers 6 ist ebenfalls an die Addierschaltung 10 angeschlossen. In der Addierschaltung 10 werden die beiden in den Meßläufen gebildeten Signale, welche den Rückdrehmomenten MR I und MR II entsprechen, addiert. Die Addierschaltung führt daher fol­ genden Rechenvorgang aus:

MR I + MR II = T (Lo + L) + T (Lo - L) = 2 TLo (5)

An die Ausgangsseite der Addierschaltung 10 ist eine Divi­ dierschaltung 11 angeschlossen, die das Ausgangssignal der Addierschaltung 10 halbiert. Die Dividierschaltung 11 liefert daher an ihrer Ausgangsseite ein elektrisches Signal, welches der Größe TLo entspricht.

An die Ausgangsseite der Dividierschaltung 11 ist die schon erwähnte Subtrahierschaltung 12 angeschlossen. Das Ausgangs­ signal der Dividierschaltung 11 wird dem anderen Eingang der Subtrahierschaltung 12 zugeleitet. In der Subtrahierschal­ tung 12 wird von dem elektrischen Signal, welches dem im ersten Meßlauf ermittelten Rückdrehmoment MRI entspricht, das der Größe TLo entsprechende Ausgangssignal der Dividier­ schaltung 11 subtrahiert. Die Subtrahierschaltung 12 führt folgenden Rechenvorgang aus:

MR I - TLo = T (Lo + L) - TLo = TL (6)

An der Ausgangsseite der Subtrahierschaltung 12 erscheint daher ebenfalls ein der gewünschten Kenngröße MR=TL ent­ sprechendes Signal. Es handelt sich auch hier um ein elek­ trisches Signal, das dem Rückdrehmoment proportional ist, welches um die durch die Mitte Z der Aufstandsfläche L füh­ ende senkrechte Achse wirkt.

Anstelle einer Prüftrommel ist als Prüffläche auch ein um zwei Rollen laufendes Endlosband anwendbar. Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo die Aufstandsfläche LA des Luftreifens unsymmetrisch liegt zu einer Mittelebene B, von denen die beiden Meßwertaufnehmer 2 und 3 gleichen Ab­ stand aufweisen.

Die Erfindung zeigt somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines durch Tangentialkräfte hervorgerufenen Rückstellmoments bei einer Reifenprüfmaschine, bei welchen in zwei Meßläufen mit zwischen den beiden Meßläufen um 180° gewendeten Luftreifen bei gleichen Abrollbedingungen für den Luftreifen aus den bei den beiden Meßläufen gewonne­ nen Rückstellmomenten das auf die Aufstandsflächenmitte be­ zogene Rückstellmoment gebildet wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Ermittlung eines durch Tangentialkräfte hervorgerufenen Rückstellmoments bei einer Reifenprüfung in einer Reifenprüfmaschine, bei welcher ein Luftreifen während eines Meßlaufs mit einer Prüffläche in einer Aufstandsfläche in Berührung gebracht wird und an der Prüffläche abgerollt wird, und aus dabei gewonnenen Tangentialkraftmeßwerten das Rückstellmoment gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßläufe, zwischen denen der Luftreifen gewendet wird und die Drehrichtung des Reifenantriebs umgekehrt wird, durchgeführt werden, und daß aus den aus den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomenten das auf die Aufstandsflächen­ mitte bezogene Rückstellmoment gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Luftreifens bei den beiden Meßläufen so hoch bemessen wird, daß der aus Seitenkräften resultierende Anteil am Rückstellmoment gegenüber dem von den Tangentialkräften kommenden Anteil vernachlässigbar wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden während der Meßläufe gewonnenen Rückstell­ momenten bei der Bildung des auf die Aufstandsflächenmitte bezogenen Rückstellmoments der Momentanteil, welcher aus dem Abstand zwischen der Aufstandsflächenmitte von einer maschi­ nenbedingten, zu den Tangentialkräften parallel verlaufenden Bezugslinie bzw. -ebene resultiert, eliminiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die halbe Differenz aus den aus den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die halbe Summe der aus den beiden Meß­ läufen gewonnenen Rückstellmomente von einem der bei den beiden Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente subtrahiert wird.

6. Vorrichtung zur Ermittlung eines durch Tangentialkräfte hervorgerufenen Rückstellmoments bei einer Reifenprüfmaschine mit einer Prüffläche, an der während eines Meßlaufs ein zu prüfender Luftreifen mit einer Aufstandsfläche andrückbar und abrollbar ist, Kraftmeßwandlern zum Messen von Tangential­ kräften während eines Meßlaufs und einer an die Meßwandler angeschlossenen Auswerteschaltung zur Bildung eines dem Rückstellmoment proportionalen elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Subtrahier­ schaltung (8), welche die aus zwei Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente voneinander subtrahiert, sowie einen an den Ausgang der Subtrahierschaltung (8) angeschlossene Dividier­ schaltung (9), welche das Ausgangssignal der Subtrahier­ schaltung (8) halbiert, aufweist.

7. Vorrichtung zur Ermittlung eines durch Tangentialkräfte hervorgerufenen Rückstellmoments bei einer Reifenprüfmaschine mit einer Prüffläche, an der während eines Meßlaufs ein zu prüfender Luftreifen mit einer Aufstandsfläche andrückbar und abrollbar ist, Kraftmeßwandlern zum Messen von Tangen­ tialkräften während eines Meßlaufs und einer an die Meßwand­ ler angeschlossenen Auswerteschaltung zur Bildung eines dem Rückstellmoment proportionalen elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung an eine Addier­ schaltung (10), welche die aus zwei Meßläufen gewonnenen Rückstellmomente addiert, eine Dividierschaltung (11), welche das Ausgangssignal der Addierschaltung (10) halbiert, ange­ schlossen ist, und eine Subtrahierschaltung (12) an ihrem einen Eingang ein Eingangssignal empfängt, das einem von in den zwei Meßläufen gewonnenen Rückstellmomenten proportional ist, und an ihrem anderen Eingang das Ausgangssignal der Di­ vidierschaltung (11) empfängt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Prüffläche als Prüftrommel (1) ausgebildet ist und an beiden Seiten der Prüftrommel (1) in der Prüftrommel­ achse (A) zwei Kraftmeßwandler (2, 3) zur Messung der Tan­ gentialkräfte mit gleichem Abstand zu einer senkrecht zur Prüftrommelachse (A) liegenden Mittelebene (B) der Prüf­ trommel (1) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung eines Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittelebene (B) der Prüftrommel (1) die zu den Tangentialkräften parallele Bezugsebene ist.