DE3922288A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen der gleichfoermigkeit von luftreifen, insbesondere fahrzeugreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen, insbesondere Fahrzeugreifen, bei dem in einem Meßlauf ein auf einer Felge montierter Luftreifen mit einer bestimmten Radialbelastung an einer Prüftrommel abgerollt wird, die beim Abrollen sich ergebenden Radialkraftschwankungen gemessen und entsprechende Meßsignale abgegeben werden, und durch Auswerten der während des Meßlaufs gewonnenen Meßsignale den Radialkraftschwankungen entsprechende Werte gebildet werden.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus "Werkstatt und Betrieb", 1970, Heft 3, Seiten 183 bis 188 in dem Aufsatz von Krämer und Ohms "Einfluß der Kraftfahrzeugräder auf das Fahrverhalten" bekannt. Im Hinblick auf das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen kommt dem Fahrzeugrad, und hier insbesondere dem Luftreifen des Kraftfahrzeugrades, erhebliche Bedeutung zu. Zur Beurteilung der Reifengleichförmigkeit werden verschiedene Kriterien verwendet. Dabei wird vor allem das Federverhalten eines unter Last an der Prüftrommel abrollenden Reifens in drei senkrecht zueinander stehenden Achsrichtungen untersucht. Die sich dabei ergebenden Reaktionskräfte bezeichnet man allgemein als Tangential-, Radial- und Lateralkräfte. Die Ermittlung der Radialkraftschwankungen ist von Bedeutung, da sie Fahrwerk und Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erheblich beeinflussen.

Bei den Meßläufen werden die Luftreifen auf Meßfelgen oder auch auf übliche Scheibenräder montiert und mit hohen Geschwindigkeiten (bis zu 180 km/h) an der Prüftrommel abgerollt. Hierbei blieb bislang unberücksichtigt, daß das Meßergebnis zur Ermittlung des Radialkraftschwankungsprofils des Reifens auch durch Radialfehler der Prüftrommel beeinflußt sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem das ermittelte Radialkraftschwankungsprofil des geprüften Reifens von Fehlereinflüssen durch Radiallauffehler der Prüftrommel befreit ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung beim Verfahren durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bei der Vorrichtung durch die in den Ansprüchen 10 und 11 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen der Erfindung.

Bei der Erfindung werden Geometriefehler der Prüftrommel (Druckrad), und hier insbesondere Rundlauffehler der Prüftrommel, berücksichtigt. Aus verschiedenen, in Richtung der Breite der Prüftrommel nebeneinanderliegenden Einzelrundlaufprofilen in nebeneinanderliegenden, zur Trommelachse senkrechten Radialebenen (Vertikalebenen) der Prüftrommel werden unter Berücksichtigung des für den jeweils zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofils, welches eine Aussage über die Federsteifigkeit in der Aufstandsfläche des Reifens in radialer Richtung gibt, die entsprechenden Radialkraftschwankungen, die aus den Geometriefehlern der Prüftrommel resultieren, gebildet. Durch Mittelwertbildung der einzelnen Radialkraftschwankungen im Bereich der axialen Ausdehnung der Reifenaufstandsfläche gewinnt man eine vom Drehwinkel der Prüftrommel abhängige Korrekturradialkraftschwankung, welche von dem beim Meßlauf aus der Meßeinrichtung abgeleiteten Wert der Radialkraftschwankung des Luftreifens subtrahiert wird.

Für die Ermittlung der Rundlauffehler der Prüftrommel werden an der Prüftrommel die Radiusschwankungen entlang mehrerer in den Radialebenen der Prüftrommel nebeneinanderliegender Trommelumfänge gemessen. Diese Radiusschwankungen repräsentieren dann die einzelnen Rundlaufprofile in den in axialer Richtung der Prüftrommel nebeneinanderliegenden Radialebenen der Prüftrommel. Durch die Erfindung werden die hieraus resultierenden Fehler bei der Ermittlung der Radialkraftschwankung des Reifens beseitigt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Reifengleichförmigkeitsmeßmaschine, bei welcher die Erfindung zur Anwendung kommen kann;

Fig. 2 eine Prüftrommel mit übertrieben dargestellten Rundlauffehlern mit einem Blockschaltbild für eine Signalverarbeitungseinrichtung bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein Bodendruckverteilungsprofil eines Luftreifens;

Fig. 4(A) eine Kurvenform für eine gemessene Radialkraftschwankung während einer Reifenumdrehung;

Fig. 4(B) eine Kurvenform für eine ermittelte Korrekturradialkraftschwankung während einer Trommelumdrehung;

Fig. 5 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Prüftrommel mit axialen Oberflächenprofilen;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung eines Oberflächenprofils in axialer Richtung bzw. in einer Axialebene der Prüftrommel;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform für eine Signalverarbeitungseinrichtung; und

Fig. 8 eine erweiterte Signalverarbeitungseinrichtung der Fig. 7.

Die in der Fig. 1 dargestellte Reifengleichförmigkeitsmeßmaschine besitzt als Prüffläche eine Prüftrommel (Druckrad) 4, die in einem Prüftrommelschlitten 9 gelagert ist. In der Achse der Prüftrommel 4 sind zwei bevorzugt als Meßnaben 2 und 3 ausgebildete Meßeinrichtungen angeordnet, welche zur Erfassung der beim Prüfvorgang zu messenden Kräfte und Momente dienen. Der Prüftrommelschlitten 9 ist auf einem Maschinenbett 10 in horizontaler Richtung verfahrbar, so daß die Prüftrommel 4 an die Reifenoberfläche angedrückt werden kann. Hierzu dient eine Radlasteinrichtung 8, mit der beispielsweise mit Hilfe einer Gewindespindel 11, die über ein Getriebe von einem Elektromotor 12 angetrieben wird, die Prüftrommellagerung 9 und damit die Prüftrommel 4 in horizontaler Richtung an die Reifenoberfläche gefahren werden kann. Die Radlast kann auch mit einer pneumatischen oder hydraulischen Radlasteinrichtung aufgebracht werden.

Ein zu prüfender Luftreifen 1 ist an einem Reifenaufnahmesystem, bestehend aus zwei Meßfelgenhälften 5 und 6 gelagert. Die Meßfelgenhälften 5 und 6 werden von einem Getriebemotor 7 für die Durchführung des Meßlaufs angetrieben. Der zu prüfende Reifen kann jedoch auch auf einem Scheibenrad aufgespannt sein und in einer Radaufnahme der Maschine für den Meßlauf drehbar gelagert sein.

Während des Meßlaufs können verschiedene Kräfte am Reifen wirken. Es kann sich hier um Radialkräfte, Lateralkräfte, Tangentialkräfte, um Sturzmomente und Rückstellmomente handeln. Mit Hilfe der beiden Mehrkomponenten-Kraftmeßeinrichtungen 2 und 3, die in der Achse der Prüftrommel 4 angeordnet sind, lassen sich diese Kräfte und Momente ermitteln. Die Meßeinrichtungen können jedoch auch in der Maschine auf der Seite der Reifenaufnahme vorgesehen sein. Solche Meßeinrichtungen sind beispielsweise aus Hofmann report 89, 09.84 der Firma Gebr. Hofmann GmbH & Co. KG, Pfungstadt bekannt.

In der Fig. 2 ist die Prüftrommel 4 mit übertrieben stark dargestellter Unebenheit in der Umfangsfläche dargestellt.

Bei der Erfindung sollen die von den Meßeinrichtungen 2 und 3 erfaßten Radialkraftschwankungen von Kraftschwankungsanteilen befreit werden, die aus den Oberflächenunebenheiten der Prüftrommel 4 resultieren.

Zur Erfassung der Unebenheiten auf der Prüftrommeloberfläche sind Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1, RM2 . . . RMn (Fig. 1 und 2) vorgesehen. Diese Meßeinrichtungen können, wie die Fig. 1 zeigt, am Prüftrommelschlitten 9 gelagert sein. Sie liegen beim dargestellten Ausführungsbeispiel um 180° versetzt zu der Aufstandsfläche, mit welcher der zu prüfende Reifen 1 an der Prüftrommel 4 anliegt.

Die von den Meßeinrichtungen 2 und 3 während eines Meßlaufs abgegebenen Signale werden einer Signalverarbeitungseinrichtung 20 zugeführt, welche im einzelnen im Blockschaltbild in der Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Signalverarbeitungseinrichtung werden, wie im einzelnen noch erläutert wird, auch die Ausgangssignale der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn zugeführt. Ferner sind ein Winkelgeber 18 für den jeweiligen Drehwinkel ϕ des Reifens 1 und ein Winkelgeber 19 für den jeweiligen Drehwinkel ϕ der Prüftrommel 4 vorgesehen. Die Ausgangssignale dieser Winkelgeber 18 und 19 werden ebenfalls, wie im einzelnen noch anhand der Fig. 2 erläutert wird, der Signalverarbeitungseinrichtung 20 zugeführt.

Beim Meßlauf werden von den Meßeinrichtungen 2, 3 die Radialkraftschwankungen im Bereich der Aufstandsfläche, mit welcher der zu prüfende Reifen an der Prüftrommel 4 anliegt, gemessen. Eine Auswerteschaltung 13 (Fig. 2 und 7), welche in der Signalverarbeitungseinrichtung 20 an die Meßeinrichtungen 2, 3 angeschlossen ist, liefert ein entsprechendes Radialkraftschwankungssignal RKSg (Ψ), das vom Drehwinkel ϕ des Reifens 1 abhängt. Die Meßeinrichtungen 2, 3 und die Auswerteschaltung 13 sind bekannt (z. B. aus Hofmann News 3).

Wie die Fig. 2 in übertriebener Darstellung zeigt, ist die Mantelfläche der Prüftrommel 4, an welcher der zu prüfende Reifen 8 anliegt, ungleichförmig ausgebildet, d. h. in verschiedenen Radialebenen E1 . . . En der Prüftrommel 4 bzw. für verschiedene Querschnitte in diesen Radialebenen, die senkrecht zur Trommelachse A liegen, besitzt die Prüftrommel 4 entlang den entsprechenden Umfängen unterschiedliche Radien.

Zur Ermittlung von einzelnen Rundlaufprofilen in den zur Trommelachse A senkrechten Radialebenen in der Prüftrommel 4 sind Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1, RM2 . . . RMn vorgesehen. Diese Rundlaufprofilmeßeinrichtungen sind in Richtung der Breite der Prüftrommel 4, d. h. in einer zur Trommelachse A parallelen Reihe, angeordnet. Die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen ermitteln einzelne Rundlaufprofile durch Messung der Radien r1(ϕ), r2(ϕ) . . . rn(ϕ). Die Rundlaufprofile ändern sich mit einer Winkelposition ϕ, die einer bestimmten Umfangsposition entspricht. Die den Rundlaufprofilen r1(ϕ) . . . rn(ϕ) entsprechenden winkelabhängigen Signale ändern sich mit dem Drehwinkel der Prüftrommel. Diese Rundlaufprofile gegen die Radienschwankungen von den Trommelumfängen in den zur Trommelachse A senkrechten Radialebenen E1 . . . En der Prüftrommel 4 wieder. Diese Trommelumfänge liegen in Breitenrichtung, d. h. in axialer Richtung der Trommel 4, nebeneinander.

Aus den den Radien r1(ϕ) . . . rn(ϕ) entsprechenden Ausgangssignalen der Meßeinrichtungen RM1 bis RMn wird der Minimumradius ro in einem Minimalwertbildner 50 ermittelt, und für jede der Radialebenen RE1 . . . REn werden die Δr1(ϕ) . . . Δrn(ϕ) in Subtrahierern S1, S2 . . . Sn nach der Beziehung Δri(ϕ) = ri(ϕ) - ro, wobei i = 1, 2 . . . n, gebildet. Die den Δr1(ϕ) . . . Δrn(ϕ) entsprechenden Signale werden einer Multipliziereinrichtung 14 zugeführt. An die Multipliziereinrichtung 14 ist ferner eine Speichereinrichtung 15 angeschlossen. In dieser Speichereinrichtung 15 sind Zahlenwerte für radiale Einzelfedersteifigkeiten k1, k2 . . . kn des zu prüfenden Luftreifens 1 gespeichert. Die Zahlenwerte für diese Einzelfedersteifigkeiten ergeben sich aus dem typischen Bodendruckverteilungsprofil des zu prüfenden Luftreifens 1. Die radiale Federsteifigkeit k des Luftreifens ermittelt man dadurch, daß dem Luftreifen ein Radialweg X eingeprägt wird und die zugehörige Radialkraft F gemessen wird. Die Federsteifigkeit k ergibt sich dann nach der Beziehung k = F/X.

Ein typisches Bodendruckverteilungsprofil eines Luftreifens ist in der Fig. 3 dargestellt. Es ist hier die Federkraft k gegenüber der axialen Breite AB der Aufstandsfläche aufgetragen. Die Einzelfedersteifigkeiten k1 . . . kn sind für die gleichen Radialebenen RE1 . . . REn der Prüftrommel 4, in welchen die Einzelrundlaufprofile r1(ϕ) . . . rn(ϕ) gemessen wurden, für den an die Prüftrommel 4 angedrückten und zu prüfenden Luftreifen 1 angegeben. Die Speichereinrichtung 15 liefert an ihrer Ausgangsseite den Einzelfedersteifigkeiten k1 . . . kn entsprechende Signale an die Multipliziereinrichtung 14.

In der Multipliziereinrichtung 14 werden die jeweiligen Radiusschwankungen Δr1(ϕ) . . . Δrn(ϕ) mit den Einzelfedersteifigkeiten k1 . . . kn multipliziert. Es werden dabei n verschiedene Multiplikationen ausgeführt. Es werden damit für die einzelnen Radialebenen RE1 . . . REn Radialkraftschwankungen RKS1(ϕ), RKS2(ϕ) . . . RKSn(ϕ) gebildet. Diese Radialkraftschwankungen stellen für das gemessene Radialkraftschwankungssignal Korrekturfaktoren dar, die in Abhängigkeit von den Radien Δr1(ϕ) . . . Δrn(ϕ) der Einzelrundlaufprofile der Prüftrommel 4 in den jeweiligen Radialebenen RE1 . . . REn abgeleitet sind.

Die von der Multipliziereinrichtung 14 gelieferten Ausgangssignale für die Einzelradialkraftschwankungen RKS1(ϕ) . . . RKSn(ϕ) werden einem Mittelwertbildner 16 zugeleitet. Im Mittelwertbildner 16 wird die Summe aus den Einzelradialkraftschwankungssignalen RKS(ϕ) . . . RKSn(ϕ) durch die Anzahl n dieser Signale dividiert. An der Ausgangsseite liefert der Mittelwertbildner 16 somit ein gemitteltes Radialkraftschwankungssignal RKSm(ϕ), welches den Korrekturwert darstellt, der aus den Einzelrundlaufprofilen in den Radialebenen E1 . . . En der Prüftrommel 4 abgeleitet wurde. Dieses Signal stellt die vom Trommeldrehwinkel ϕ abhängige Korrekturradialkraftschwankung dar.

Der Mittelwertbildner 16 führt hierzu eine Rechenoperation nach der Beziehung

für den momentanen Trommeldrehwinkel ϕ durch.

Wie die Fig. 2 zeigt, werden das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 13, welches das gemessene und von dem Drehwinkel Ψ des Reifens 1 abhängige Radialkraftschwankungssignal RKSg(Ψ) ist, und das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 16, der den vom Trommeldrehwinkel ϕ abhängigen Korrekturwert RKSm(ϕ) liefert, einem Subtrahierer 17 zugeführt. Im Subtrahierer 17 wird vom gemessenen Radialkraftschwankungssignal RKSg(Ψ) der Korrekturwert RKSm(ϕ) subtrahiert. An der Ausgangsseite des Subtrahierers wird ein Signal geliefert, das der korrigierten Radialkraftschwankung entspricht. Diese ermittelte Radialkraftschwankung ist von den Fehlereinflüssen, die durch die Radiallauffehler der Prüftrommel 1 bedingt sind, befreit. Dieses korrigierte Radialkraftschwankungssignal ist mit RKSk(Ψ) bezeichnet.

In vielen Fällen wird es so sein, daß der Durchmesser des zu prüfenden Reifens 1 mit dem Durchmesser der Prüftrommel 4 nicht übereinstimmt. Die Prüftrommel 4 und der zu prüfende Reifen 1 werden daher eine jeweilige volle Umdrehung zu unterschiedlichen Zeiten beenden. Hieraus resultieren für jeweilige ganze Umdrehungen der Prüftrommel 4 und des zu prüfenden Luftreifens 1 Radialkraftschwankungssignale mit unterschiedlicher Länge. In der Fig. 4(A) ist für eine Umdrehung des zu prüfenden Reifens 1 ein vom Drehwinkel Ψ des Luftreifens 1 abhängiges Radialkraftschwankungssignal RKSg(Ψ), welches für eine Umdrehung des Reifens gemessen wurde, dargestellt. In der Fig. 4(B) ist für eine Umdrehung der Prüftrommel 4 ein ermitteltes Signal für die Korrektur der Radialkraftschwankung RKSm(ϕ), welche vom Drehwinkel ϕ der Prüftrommel abhängig ist, dargestellt. Bei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Prüftrommel 4 und des Luftreifens 1 treffen in der Aufstandsfläche aufeinanderfolgend unterschiedliche Oberflächenbereiche des Luftreifens und der Prüftrommel 4 aufeinander.

Falls es aus konstruktiven Gründen nicht möglich ist, die die Trommeloberfläche abtastenden Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn in der Winkelposition anzuordnen, in welcher der Reifen 1 in der Aufstandsfläche auf die Trommeloberfläche gedrückt ist, befinden sich diese Meßeinrichtungen in einer hiervon unterschiedlichen Position, beispielsweise diametral entgegengesetzt, wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt ist. Während des Meßlaufs haben daher die Aufstandsfläche und die Position, in welcher die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn angeordnet sind, im Hinblick auf den Drehwinkel Ψ der Prüftrommel 4 einen Winkelabstand von 180° voneinander. Es können jedoch in der Reifengleichförmigkeitsmeßmaschine auch andere Winkelabstände, z. B. ein Winkelabstand von 90° oder bevorzugt ein spitzer Winkelabstand, gewählt werden, um die Rundlaufprofilmessungen möglichst nahe der Aufstandsfläche durchzuführen.

Bei der Subtraktion der während des Meßlaufs gewonnenen Korrekturkraftschwankung, die aus den Signalen gebildet wird, welche von den Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn gewonnen werden, von dem von der Auswerteschaltung 13 gelieferten Meßsignal für die gemessenen Radialkraftschwankungen RKSg(Ψ) ist es dann erforderlich, den Winkelabstand zwischen der Aufstandsfläche des Reifens 1 auf der Prüftrommel 4 und den Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn zu berücksichtigen. In bevorzugter Weise wird man bezüglich der Drehrichtung der Prüftrommel 4 die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn in einer Winkelposition bzw. durch die Trommelachse A gehende Axialebene legen, die vor der Aufstandsfläche liegt, da während des Prüfvorgangs beispielsweise durch Abrieb vom Reifenprofil Änderungen der Prüftrommeloberfläche im Bereich der Aufstandsfläche während des Meßlaufs stattfinden können. Da die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen in Drehrichtung der Prüftrommel vor der Aufstandsfläche liegen, wird jeweils die Oberflächenstruktur der Prüftrommel abgetastet, welche anschließend in die Aufstandsfläche kommt. Es ist daher erforderlich, daß die Signale der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen für jeweilige Oberflächenbereiche in den verschiedenen Trommeldrehwinkeln den Radialkraftschwankungssignalen zugeordnet werden, die dann gemessen werden, wenn die jeweiligen Oberflächenbereiche der Trommel in der Aufstandsfläche sind.

Damit die von den Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn gemessenen Radiusschwankungen in aufeinanderfolgenden Axialebenen AE(ϕ1) . . . AE(ϕp) . . . (Fig. 5), welche zeitlich später in die Position der Aufstandsfläche kommen, den richtigen Werten der gemessenen Radialkraftschwankung zugeordnet werden, wird das Korrekturradialkraftschwankungssignal RKSm(ϕ) dem gemessenen Radialkraftschwankungssignal RKSg(Ψ) über eine Verzögerungsschaltung 21, welche beispielsweise als Schieberegister ausgebildet sein kann, für die Subtraktion in dem Subtrahierer 17 zugeführt. Die Verzögerungsschaltung 21 kann hierzu durch die Winkelgeber 18 und 19, welche die jeweiligen Drehwinkel Ψ und ϕ des Luftreifens 1 und der Prüftrommel 4 angeben, angesteuert sein. Hierbei findet natürlich auch der Unterschied zwischen dem Radius der Prüftrommel 4 und dem Radius des Luftreifens 1 Berücksichtigung. Es wird hierdurch gewährleistet, daß die jeweiligen trommeldrehwinkelabhängigen Radiusschwankungssignale für die entsprechenden Oberflächenbereiche der Prüftrommel 4 den Radialkraftschwankungen zugeordnet werden, die dann entstehen, wenn diese Oberflächenbereiche in die Aufstandsfläche, in welcher der Reifen 1 an die Prüftrommel 4 angedrückt ist, kommen, so daß eine genaue Zuordnung der Korrekturwerte zu den gemessenen Signalen, welche korrigiert werden müssen, erreicht wird.

Die durch die Verzögerungsschaltung 21 bewirkte verzögerte Einwirkung des Korrektursignals auf das gemessene Signal kann auch dadurch gesteuert werden, daß unter Berücksichtigung des Winkelabstands der Position der Aufstandsfläche und der Lage der Axialebene, in welcher die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn liegen, sowie der Drehzahl, welche beim Meßlauf zur Anwendung kommt, die Verzögerungszeit eingestellt wird.

Anhand der Fig. 5 bis 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Hierzu sind im Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Fig. 7 für gleichwirkende Bauteile die gleichen Bezugsziffern verwendet wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die aus den Rundlaufprofilen in den Radialebenen gewonnenen Einzelradialkraftschwankungen, die vom Drehwinkel ϕ der Prüftrommel 4 abhängig sind, über die axiale Ausdehnung der Aufstandsfläche gemittelt und dieser Mittelwert als Korrekturradialkraftschwankung, die vom Trommeldrehwinkel abhängig ist, verwendet.

Hierzu werden für die jeweiligen Trommeldrehwinkel ϕ in den Radialebenen RE1 . . . REn die Radienschwankungen ermittelt. Zunächst werden die verschiedenen Radien ri(ϕ) für in jeweiligen Trommeldrehwinkeln ϕ liegende und durch die Trommelachse A gehende Axialebene AE(ϕ) in den n Radialebenen RE1 . . . REn, wobei i = 1 . . . n, ermittelt. Von diesen n Radien der Trommelmantelflächenunebenheiten wird der minimale Radius ro gebildet. In der Fig. 5 sind schematisch für einen Trommeldrehwinkel ϕ1 und der dazugehörigen Axialebene AE(ϕ1) sowie für einen beliebigen Trommeldrehwinkel ϕp und die dazugehörige Axialebene AE(ϕp) schematisch Profile in diesen beiden Axialebenen dargestellt.

In der Fig. 7 werden hierzu in einem Minimalwertbildner 22 fortlaufend aus den Ausgangssignalen der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn für die jeweiligen Axialebenen die kleinsten Radien ro(ϕ) gebildet und daraus dann der Minimumradius ro für alle Axialebenen.

Zur Ermittlung der Radienschwankungen in den jeweiligen Axialebenen wird ferner die Differenz Δri(ϕ) = ri(ϕ) - ro gebildet. Dies erfolgt in den Differenzbildnern D11, D12 . . . D1n. Aus den so gewonnenen Differenzen Δri(ϕ) wird in einem Mittelwertbildner 23 hiervon der Mittelwert

gebildet.

In der Fig. 6 ist ein einzelnes Profil der Trommeloberflächenunebenheiten in einer Axialebene, welche zu einem bestimmten Drehwinkel ϕ gehört, gezeichnet. Der Mittelwert Δrm(ϕ) bildet den Mittelwert der Abweichungen vom Minimumradius ro. Dieser Wert ist als Gerade über die Trommelbreite in der Fig. 6 eingetragen.

Zur Erfassung der Radienschwankungen um diesen Mittelwert wird in einem Addierer 24 zunächst die Summe (ro + Δrm(ϕ)) gebildet. Diese Summe wird zur Ermittlung der Radienschwankungen in Differenzbildnern D21, D22 . . . D2n, denen jeweils die Ausgangssignale der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn zugeführt werden, die entsprechenden Differenzen gebildet. In den Differenzbildnern D21 . . . D2n werden daher die Radienschwankungen δri(ϕ) = ri(ϕ) - (ro + Δrm(ϕ)), wobei i = 1 . . . n durchgeführt. Die Ausgangssignale der Differenzbildner D21 . . . D2n werden einem Mittelwertbildner 25 zugeführt, der die mittlere Schwankung δrm(ϕ) des Profils in einer jeweiligen Axialebene AE(ϕ) für die jeweiligen Trommeldrehwinkel ϕ nach folgender Beziehung bildet.

Dieser in einer Einrichtung 34 gewonnene Mittelwert wird mit einer mittleren Federsteifigkeit in der Axialebene, d. h. über die axiale Ausdehnung der Aufstandsfläche hin, multipliziert. Dieser Mittelwert für die Federsteifigkeit wird aus dem in Fig. 3 dargestellten typischen Bodendruckverteilungsprofil des jeweils zu prüfenden Reifens 1 durch Mittelwertbildung abgeleitet. Dieser Mittelwert ist in einem Speicher 26 des Ausführungsbeispiels der Fig. 7 abgelegt und kann aus den Einzelfedersteifigkeiten k1 . . . kn für die axiale Ausdehnung der Aufstandsfläche abgeleitet sein. In der Multipliziereinrichtung 14 erfolgt die Multiplikation des im Mittelwertbildner 25 gebildeten Mittelwerts mit der mittleren Federsteifigkeit, die im Mittelwertspeicher 26 abgelegt ist.

Das Ausgangssignal RKSm(ϕ) der Multipliziereinrichtung 14 bildet wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die aus den Trommelunebenheiten abgeleitete Korrekturgröße, welche sich als Korrekturradialkraftschwankung, die vom Drehwinkel ϕ der Prüftrommel 4 abhängt, darstellt. Dieses Ausgangssignal wird, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, über die Verzögerungsstufe 21 dem Subtrahierer 17 zugeführt. Im Subtrahierer 17 erfolgt dann in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Subtraktion vom Ausgangssignal der Auswerteschaltung 13, das die gemessene, vom Drehwinkel Ψ des zu prüfenden Reifens 1 abhängige Radialkraftschwankung RKSg(Ψ) wiedergibt. Der Subtrahierer 17 liefert dann das vom Radiallauffehler der Prüftrommel 4 befreite Radialkraftschwankungssignal RKSk(Ψ).

Das in der Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt neben den Bestandteilen, die das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 aufweist, noch zusätzliche Schaltungseinrichtungen, mit denen die Welligkeit der jeweiligen Profile in den Axialebenen und der Welligkeiten in den Profilen der Radialebenen bei der Bildung des Korrekturwertes berücksichtigt werden.

Hierzu sind bei der in der Fig. 7 dargestellten Schaltungseinrichtung gemäß Fig. 8 noch zusätzliche Schaltungseinrichtungen vorgesehen. In einer Rechnereinrichtung 27 wird die Standardabweichung S(ϕ) der Schwankungen der Profilgeometrie einer jeweiligen Axialebene AE(ϕ) gebildet. Diese Standardabweichung ist auch ein Maß für die Welligkeit des jeweiligen Oberflächenprofils in einer Axialebene der Prüftrommel 4. Die Rechnereinrichtung 27 führt hierzu zur Ermittlung der Standardabweichung S(ϕ) den folgenden Rechenvorgang durch:

Die Rechnereinrichtung 27 empfängt hierzu die Ausgangssignale des Mittelwertbildners 25 und der Differenzbildner D21, D22 . . . D2n, welche auch Bestandteile des Ausführungsbeispiels der Fig. 7 sind. Das Ausgangssignal der Rechnereinrichtung 27 wird einem Summierer 28 zugeleitet, welcher einen axialen Formfaktor α(ϕ) nach folgender Beziehung berechnet:

α(ϕ) = 1 + αoS(ϕ).

Hierin gibt der Faktor αo die Reaktion des zu prüfenden Reifens 1 auf die Welligkeit des Trommelprofils in der jeweiligen Axialebene AE an. Beispielsweise ist bei einer sehr hohen Welligkeit, die durch die Größe S(ϕ) angegeben wird, d. h. bei einem großen Wert von S(ϕ), das Verhalten des Reifens so, daß er sich im Bereich der Aufstandsfläche wie eine elastische Platte verhält, und die durch die große Welligkeit vermittelte Rauhigkeit ausmittelt, d. h. der Faktor αo ist dann klein.

Bei kleiner Welligkeit, d. h. bei einem kleinen Wert von S(ϕ), leitet das Oberflächenprofil der Prüftrommel eine Verformung in den in der Aufstandsfläche befindlichen Reifenoberflächenbereich und damit eine Radialkraftschwankung ein. Durch die im Summierer 28 oben beschriebene Summenbildung wird verhindert, daß bei einem gegen Null gehenden Wert für S(ϕ), jedoch bei einer vorhandenen Radiusschwankung δri(ϕ) die Wirkung dieser Radiusschwankung zu Null geht. Durch die Summenbildung wird daher gewährleistet, daß die Wirkung der Radiusschwankung bei der Ermittlung des Korrekturwertes berücksichtigt bleibt.

Ferner wird gemäß dem in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ein radialer Formfaktor β(z) berücksichtigt, der ein Maß für die Reaktion des Reifens auf unterschiedliche Welligkeiten in den in Richtung der Trommelachse, d. h. in der z-Richtung nebeneinander liegenden Rundlaufprofilen in den Radialebenen RE1 . . . REn. Es werden hierzu in den n Radialebenen für die jeweiligen Rundlaufprofile die Minimalradien Ro(z1) . . . Ro(zn) ermittelt. Dies erfolgt dadurch, daß die Ausgangssignale der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn Minimalwertbildern MB1 . . . MBn zugeleitet werden. Die Ausgangssignale der Minimalwertbildner MB1 . . . MBn und die Ausgangssignale der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn werden Differenzbildnern D31, D32 . . . D3n zugeleitet. Diese Differenzbildner bilden die Differenz Δri · (zi) = ri(ϕ) - ro(zi), wobei i = 1 . . . n. In einem Mittelwertbildner 29 wird der Mittelwert Δrm(z) nach folgender Gleichung gebildet:

Zur Ermittlung der Radiusschwankungen der Rundlaufprofile in den jeweiligen Radialebenen der Prüftrommel 4 werden zunächst in Addierern A1, A2 . . . An die Summen ro(zi) + Δrm(z) gebildet, wobei i = 1 . . . n. Hierzu empfangen die Addierer A1, A2 . . . An die Ausgangssignale der Minimalwertbildner MB1, MB2 . . . MBn und des Mittelwertbildners 29.

Die Radialschwankungen δr(zi) der Rundlaufprofile in den n Radialebenen der Prüftrommel 4 ergeben sich nach folgender Beziehung:

δri(zi) = ri(ϕ) - (ro(zi) + Δrm(z)).

Hierzu empfangen die Differenzbildner D41, D42 . . . D4n die Ausgangssignale der Addierer A1, A2 . . . An und der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen RM1, RM2 . . . RMn.

In einem Mittelwertbildner 30 wird von diesen Radiusschwankungen um die mittlere Schwankung δrm(z) die folgende Beziehung gebildet.

Zur Berücksichtigung der Schwankungen der Profilgeometrie in der Radialebene z wird die Standardabweichung S(z) über den Umfang in der jeweiligen Radialebene nach folgender Beziehung gebildet:

Hierzu empfängt eine Rechnerschaltung 31 die Ausgangssignale der Differenzbildner D41, D42 . . . D4n und des Mittelwertbildners 30. Der radiale Formfaktor β ergibt sich nach der Beziehung β = 1 + βoS(z). Zur Durchführung dieser Summenbildung ist ein Summierer 32 mit dem Ausgang der Rechnereinrichtung 31 verbunden. βo gibt auch hier die Reaktion des Reifens 1 auf unterschiedliche Welligkeiten in der entsprechenden Radialebene an. Bei großer Welligkeit reagiert der Reifen 1 nicht, weil sich der Reifen in der Aufstandsfläche auf den Gipfeln des Welligkeitsgebirges abstützt. S(z) ist dann groß und klein. βo besitzt einen kleinen Wert. Bei einer kleinen Welligkeit, d. h. bei einem nach Null gehenden Wert für S(z) wird dem Reifen ein Weg eingeprägt und somit eine Radialkraftschwankung durch die Trommelunebenheit gebildet. Der Reifen reagiert mithin auf die Trommelunebenheit. Dies kann durch entsprechende Wahl für βo berücksichtigt werden.

Die beiden Ausgangssignale der Summierer 28 und 32 werden einer Multipliziereinrichtung 33 zugeführt. Ein Signal, welches dem in der Multipliziereinrichtung 33 gebildeten Produkt α(ϕ) × β(z) entspricht, wird der Multipliziereinrichtung 14 zugeleitet. In dieser Multipliziereinrichtung 14 wird dann zur Bildung der Korrekturradialkraftschwankung RKSm(ϕ) die folgende Multiplikation durchgeführt:

RKSm(ϕ) = km × δ rm(ϕ) × α (ϕ) × β(z).

Die Weiterverarbeitung dieses Korrektursignals erfolgt dann in der gleichen Weise wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 7.

Die Speichereinrichtung 15 kann mit einer nicht näher dargestellten Eingabeeinrichtung verbunden sein, mit der die Zahlenwerte für die Einzelfedersteifigkeiten k1 . . . kn, welche aus dem Bodendruckverteilungsprofil (Fig. 3) des zu prüfenden Reifens 1 abgeleitet sind, eingegeben werden.

Bei der Bildung des Korrekturwertes RKSm (ϕ) ist es natürlich nur erforderlich, daß in dem axialen Breitenbereich der Prüftrommel 4, über welchen sich die Aufstandsfläche (Latsch) des Luftreifens 1 erstreckt, die Einzelrundlaufprofile in den Radialebenen der Prüftrommel 4 in einer Anzahl ermittelt werden, die in diesem Breitenbereich der Aufstandsfläche liegen.

Man wird daher je nach Reifenbreite unterschiedliche Anzahlen von Rundlaufprofilen ermitteln und hieraus durch Mittelwertbildung den Korrekturwert für die gemessene Radialkraftschwankung bilden.

Für die Radienmeßeinrichtungen RM1 . . . RMn können berührungslose Abtasteinrichtungen oder die Trommeloberfläche mechanisch abtastende Meßeinrichtungen verwendet werden.

Durch die Erfindung werden mithin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen, insbesondere Fahrzeugreifen, geschaffen, bei denen von der gemessenen Radialkraftschwankung ein Korrekturwert subtrahiert wird, der aus einzelnen Rundlaufprofilen der Prüftrommel in zur Trommelachse senkrechten Radialebenen abgeleitet ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen, insbesondere Fahrzeugreifen, bei dem

• - in einem Meßlauf ein auf einer Felge montierter Luftreifen mit einer bestimmten Radialbelastung an einer Prüftrommel abgerollt wird;
• - die beim Abrollen sich ergebenden Radialkraftschwankungen gemessen und entsprechende Meßsignale abgegeben werden; und
• - durch Auswerten der während des Meßlaufs gewonnenen Meßsignale den Radialkraftschwankungen entsprechende Werte gebildet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - von der gemessenen Radialkraftschwankung eine Korrekturkraftschwankung subtrahiert wird, die aus einzelnen Rundlaufprofilen der Prüftrommel abgeleitet wird, welche in zur Trommelachse senkrechten und nebeneinanderliegenden Radialebenen gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - an der Prüftrommel Rundlaufprofile entlang mehrerer in Radialebenen (Vertikalebenen) der Prüftrommel nebeneinanderliegender Trommelumfänge zumindest in der axialen Breite einer Aufstandsfläche (Latsch), mit welcher der zu prüfende Reifen an der Trommel anliegt, gemessen werden;
• - aus den Radiusschwankungen der Rundlaufprofile in den Radialebenen und einem für den zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofil in der axialen Breite der Aufstandsfläche eine mit dem Drehwinkel der Prüftrommel sich ändernde Korrekturradialkraftschwankung gebildet wird, welche den Anteil der gemessenen Radialkraftschwankung angibt, der aus den Unebenheiten der Umfangsfläche der Prüftrommel resultiert; und
• - die während des Meßlaufs gewonnene Korrekturkraftschwankung von den aus den Meßsignalen für die Radialkraftschwankungen des Luftreifens gebildeten Werten subtrahiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Winkelabstand der Aufstandsfläche auf der Prüftrommel und der Axialebene der Prüftrommel, in welcher die Rundlaufprofile der Prüftrommel abgetastet werden, und der Meßdrehzahl die Subtraktion der Korrekturradialkraftschwankung von der gemessenen Radialkraftschwankung zeitversetzt durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiusschwankungen der Rundlaufprofile durch Messung der trommeldrehwinkelabhängigen Radien in den jeweiligen Radialebenen ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß trommeldrehwinkelabhängig in den Axialebenen die Radienabweichungen von mittleren Radien in den jeweiligen Axialebenen ermittelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - aus dem für den zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofil für die Radialebenen, in denen die Rundlaufprofile der Prüftrommel gemessen werden, über die axiale Breite der Aufstandsfläche radiale Einzelfedersteifigkeiten des Reifens gebildet werden;
• - aus den Radiusschwankungen der Rundlaufprofile der Prüftrommel und den in den jeweiligen gleichen Radialebenen gebildeten Einzelfedersteifigkeiten vom Trommeldrehwinkel abhängige Einzelradialkraftschwankungen gebildet werden; und
• - aus diesen Einzelradialkraftschwankungen der Mittelwert über die axiale Breite der Aufstandsfläche als trommeldrehwinkelabhängige Korrekturradialkraftschwankung gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß trommeldrehwinkelabhängig für die axiale Breite der Aufstandsfläche die mittleren Radiusabweichungen von mittleren Radien in den jeweiligen Axialebenen gebildet werden und mit einem mittleren Federsteifigkeitswert, der aus dem für den zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofil in der axialen Breite der Aufstandsfläche abgeleitet wird, zur Bestimmung der Korrekturradialkraftschwankungen multipliziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Schwankungen der Radiusabweichungen von den mittleren Radien in den jeweiligen, den Trommeldrehwinkeln zugeordneten Axialebenen der Prüftrommel die Radialkraftschwankungsreaktion des Luftreifens für die jeweilige Axialebene der Prüftrommel ein von der Bauart des zu prüfenden Reifens abhängiger axialer Formfaktor ermittelt und mit dem Produkt aus mittlerer Radiusabweichung und mittlerer Federsteifigkeit multipliziert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Schwankungen der Radiusabweichungen von einem mittleren Radius in den jeweiligen Radialebenen der Prüftrommel innerhalb der axialen Breite der Aufstandsfläche ein von der Bauart des zu prüfenden Reifens abhängiger radialer Formfaktor als Mittelwert der radialen Einzelformfaktoren in den Radialebenen gebildet wird und mit dem jeweils gewonnenen Produkt aus Radiusabweichung und mittlerer Federsteifigkeit und gegebenenfalls axialem Formfaktor multipliziert wird.

10. Vorrichtung zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen, insbesondere Fahrzeugreifen, zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit

• - einer Prüftrommel, an welcher der zu prüfende Reifen in einer Aufstandsfläche (Latsch) anliegend abrollt;
• - einer Meßeinrichtung zur Messung von Radialkraftschwankungen, die beim Abrollen in der Aufstandsfläche entstehen; und
• - einer Auswerteeinrichtung, welche aus den von der Meßeinrichtung gelieferten Meßsignalen einen die Radialkraftschwankungen wiedergebenden Wert bildet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - entlang der axialen Breite der Prüftrommel (4) mehrere Rundlaufprofilmeßeinrichtungen (RM1-RMn) für die Ermittlung von Einzelrundlaufprofilen entlang mehrerer Trommelumfänge in nebeneinanderliegenden Radialebenen (Vertikalebenen) der Prüftrommel (4) angeordnet sind, die an ihren Ausgängen den jeweiligen Einzelrundlaufprofilen entsprechende Rundlaufschwankungssignale liefern;
• - in einer Speichereinrichtung (15) aus einem für den zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofil abgeleitete Einzelfedersteifigkeiten (k1, k2 . . . kn) in den Radialebenen, in denen die ermittelten Einzelrundlaufprofile der Prüftrommel (4) liegen, gespeichert sind;
• - die Ausgänge der Rundlaufprofilmeßeinrichtungen (RM1-RMn) und die Ausgangsseite der Speichereinrichtung (15) mit einer Multipliziereinrichtung (14) verbunden sind, in welcher für die Radialebenen durch Multiplikation der einzelnen Einzelfedersteifigkeiten (k1, k2 . . . kn) mit den jeweiligen Rundlaufprofilen die entsprechenden Einzelradialkraftschwankungen gebildet werden;
• - an die Multipliziereinrichtung (14) ein Mittelwertbildner (16) angeschlossen ist, der aus den Einzelradialkraftschwankungen ein in axialer Breite der Aufstandsfläche gemitteltes Korrekturradialkraftschwankungssignal bildet; und
• - die Ausgänge der Auswerteschaltung (13) und des Mittelwertbildners (16) an einen Subtrahierer (17) angeschlossen sind.

11. Vorrichtung zum Prüfen der Gleichförmigkeit von Luftreifen, insbesondere Fahrzeugreifen, zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit

• - einer Prüftrommel, an welcher der zu prüfende Reifen in einer Aufstandsfläche (Latsch) anliegend abrollt;
• - einer Meßeinrichtung zur Messung von Radialkraftschwankungen, die beim Abrollen in der Aufstandsfläche entstehen; und
• - einer Auswerteeinrichtung, welche aus den von der Meßeinrichtung gelieferten Meßsignalen einen die Radialkraftschwankungen wiedergebenden Wert bildet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - entlang der axialen Breite der Prüftrommel (4) mehrere Rundlaufprofilmeßeinrichtungen (RM1-RMn) für die Ermittlung von Einzelrundlaufprofilen entlang mehrerer Trommelumfänge in nebeneinanderliegenden Radialebenen (Vertikalebenen) der Prüftrommel (4) angeordnet sind, die an ihren Ausgängen den jeweiligen Einzelrundlaufprofilen entsprechende Rundlaufschwankungssignale liefern;
• - in einer Speichereinrichtung (26) eine aus einem für den zu prüfenden Reifen typischen Bodendruckprofil über die axiale Breite der Aufstandsfläche abgeleitete mittlere Federsteifigkeit (km) gespeichert ist.
• - die Rundlaufprofilmeßeinrichtungen (RM1-RMn) an eine Einrichtung (34) zur Mittelwertbildung der Radiusabweichungen von einem Durchschnittsradius in einer Axialebene AE(ϕ) der Prüftrommel (4) angeschlossen sind;
• - die Einrichtung (34) zur Mittelwertbildung und die Speichereinrichtung (26) für die durchschnittliche Federsteifigkeit an eine Multipliziereinrichtung (14) angeschlossen sind, in welcher durch Multiplikation der mittleren Federsteifigkeit des Reifens (1) in der Aufstandsfläche mit dem Mittelwert der Radiusabweichungen von einem Durchschnittsradius in einer jeweiligen Axialebene das der Korrekturkraftschwankung entsprechende Produkt gebildet wird; und
• - die Ausgänge der Multipliziereinrichtung (14) und der Auswerteschaltung (13) an einen Subtrahierer (17) angeschlossen sind.