DE4001690C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für Fahrzeugreifen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der DE-PS 30 07 362 als bekannt hervorgeht.

Die Reifenabrolleinheit des vorbekannten Prüfstandes ist als Flachbahneinheit ausgebildet; sie wird elektromotorisch ange­ trieben. Der auf der Reifenabrolleinheit aufliegende zu prü­ fende Reifen läuft lose mit ihr mit und wird von der Reifenab­ rolleinheit mitgenommen. Der von der Belastungseinheit gehal­ terte Reifen kann zweidimensional in Relation zur Reifenabrolleinheit verschwenkt werden, wodurch unterschiedliche Sturzwinkel und unterschiedliche Schräglaufwinkel beim Reifenabrollen simuliert werden können. Außerdem kann der Reifen mit unterschiedlicher Kraft auf die Reifenabrolleinheit angepreßt werden, wodurch unterschiedliche Radlasten simuliert werden können. Nachteilig an dem bekannten Reifenprüfstand ist, daß mit ihm beim Reifenabrollvorgang keine Traktions- oder Bremskräfte simuliert werden können. Dadurch wird ein wesentlicher Einflußfaktor bei der Reifenprüfung vernachlässigt, so daß realitätsnahe Belastungsverhältnisse mit dem bekannten Reifenprüfstand nicht simuliert werden können.

Zwar ist es beim Betrieb von Prüfständen bekannt, Prüflinge dadurch zu belasten, daß diese abtriebsseitig abgebremst werden und dabei eine Nutzbremsung durchgeführt wird. Bei dem hier nur beispielshalber genannten Kraftfahrzeug-Prüfstand nach der DE-PS 27 38 325 werden die von den Treibrädern des Fahrzeuges angetriebenen Rollen elektro-generatorisch abgebremst und die dabei erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist.

Bei passiven rotierenden Prüflingen wie Gelenkwellen oder Getrieben ist es bekannt, zwei gleiche Prüflinge gleichzeitig in einen Prüfstand aufzunehmen, sie drehmomentmäßig sowie verdrehbar gegeneinander zu Verspannen und sie dadurch zu belasten und nur noch die Verlustenergie in das mechanisch kurzgeschlossene, rotierende System durch einen Antriebsmotor einzuspeisen; vgl. in diesem Zusammenhang beispielsweise den Gelenkwellenprüfstand nach der DE-PS 34 24 923. Diese Methode versagt jedoch bei Prüflingen, die unter Last einen Schlupf entfalten wie dies z. B. beim Eingriff eines Fahrzeugreifens auf einer Abrollfläche der Fall ist.

Trotz des Vorbekanntseins der Nutzbremsungen bei Prüfständen wurde dieser Gedanke noch nicht an Reifenprüfständen realisiert. Selbst das bloße Abbremsen des nicht angetriebenen, also mitgeschleppten Teiles eines Reifenprüfstandes - das kann der Reifen oder die Abrollfläche sein - ist gegenüber der ermittelten Literatur neu, was sehr verwunderlich ist, da nur so Traktions- bzw. Schubkräfte in der Reifenaufstandsfläche realitätsnah simuliert werden können. Mit den bekannten Reifenprüfständen können lediglich Hochgeschwindigkeitsläufe bei mehr oder weniger großer Aufstandskraft aber ohne Traktionskraft simuliert werden. Dadurch sind aber die Testläufe wenig realitätsnah. Gerade im Grenzbereich der Belastbarkeit sollte die reale Belastung möglichst naturgetreu im Prüfstand nachgebildet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Reifenprüfstand dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit ihm realitätsnahe Reifentests bei geringem Energieaufwand gefahren werden können, daß also hohe Abrollgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Anwendung von Traktions- bzw. Schubkräften in der Reifenaufstandsfläche realisierbar sind, wobei jedoch möglichst wenig Primärenergie verbraucht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der hydrostatischen Abbremsung der vom ebenfalls hydrostatisch angetriebenen Prüfling mitgenommenen Abrolleinheit können beim Reifenabrollen nicht nur Traktions- bzw. Bremskräfte im Bereich der Reifenaufstandsfläche simuliert werden, sondern es besteht auch die Möglichkeit einer unmittelbaren Energierückspeisung, wodurch erhebliche Energie beim Reifentesten eingespart werden kann. Es ist hierbei daran zu denken, daß ganz erhebliche Leistungen zur praxisnahen Simulation von Reifenabrollvorgängen erforderlich sind. Bei einem Pkw-Reifen mit einer angetriebenen Fahrzeugachse wird bei Höchstgeschwindigkeit praktisch die halbe Motorleistung des Fahrzeugs über die Reifen auf die Straße übertragen. Nachdem derartige Reifentests sich über einen längeren Zeitraum hinziehen und in einem entsprechenden Reifenprüffeld laufend durchgeführt werden, fallen hier erhebliche Energiebeträge an. Eine Energierückspeisung ist daher sehr lohnend. Dank der Sekundärregelung der beteiligten hydrostatischen Aggregate ist eine solche Energierückspeisung bei allen Last- und Geschwindigkeitszuständen problemlos möglich. Aufgrund der der Tandemanordnung der Bremspumpen wird diese massemäßig besonders Trägheitsarm, so daß der Prüfstand auch sehr rasche Lastwechsel, z. B. Vollbremsungen oder Zug/Schub-Wechsel, realitätsnah simulieren kann ohne daß die rotierende Prüfstandsmasse hier verfälschend in Erscheinung träte. Die bremsseitig erforderlichen rotierenden Prüfstandsmassen können in jedem Fall kleiner gehalten werden als ein entsprechendes Masse-Äquivalent des kleinsten Personenkraftwagens, so daß das Masse-Äquivalent des realen Fahrzeuges in jedem Fall durch Zusatzmassen angenähert werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Reifenprüf­ standes mit hydraulischem Antrieb bzw. hydrau­ lischer Abbremsung und Energierückspeisung,

Fig. 2 bis 4 Längsansicht (Fig. 2), Seitenansicht (Fig. 3) und Draufsicht von oben (Fig. 4) auf ein Aus­ führungsbeispiel eines Reifenprüfstandes und

Fig. 5 eine vergrößerte Einzeldarstellung der in Fig. 4 mit V hervorgehobenen Einzelheit des Prüfstandes nach den Fig. 2 bis 4.

Der in den Figuren dargestellte Reifenprüfstand besteht im we­ sentlichen aus einer als Trommel 4 ausgebildeten, eine Fahrbahn simulierenden Reifenabrolleinheit und aus einer Belastungsein­ heit 3, die den zu prüfenden Reifen 1 über ein Rad 2 drehbar haltert. Die Trommel 4 ist mittels eines hydraulischen auch als Pumpe betreibbaren Motors 5 antreibbar, wodurch das auf die Trommel 4 angepreßte Rad 2 mit dem Reifen 1 mitgenommen wird.

Um bei diesem Reifenabrollvorgang auch Traktionskräfte reali­ tätsnah simulieren zu können, ist das mitgenommene Rad 2 mit einer hydraulischen auch als Motor betreibbaren Pumpe 6 gekop­ pelt, die es erlaubt, das Rad 2 bzw. den Reifen 1 mit unter­ schiedlichen Drehmomenten abzubremsen. Bei der Pumpe 6 handelt es sich um eine zu dem Motor 5 artgleiche, nämlich hydraulische Arbeitsmaschine, also um eine Pumpe, so daß die beim Abbremsen erzeugte hydraulische Energie zumindest teilweise als Antriebs­ energie für den Motor 5 zurückspeisbar ist. Bei entsprechender Umsteuerung der Schluck- bzw. Förderrichtung kann die Pumpe 6 auch als Motor zum Antreiben des Reifens 1 und der Motor 5 auch als Pumpe zum Abbremsen der Trommel 4 betrieben werden. Norma­ lerweise wird der Motor 5 aus einer Hochdruckleitung 7 ge­ speist; die in dem Motor 5 entspannte Hydraulikflüssigkeit wird in den Sumpf 8 abgeleitet. Die vom Reifen 1 angetriebene Pumpe 6 fördert hochdruckseitig wieder in die Hochdruckleitung 7 zu­ rück, so daß die pumpenseitig erzeugte Hydraulikenergie dem Motor 5 zugute kommen kann. Dadurch brauchen lediglich noch Verluste innerhalb des Motors bzw. Pumpe und Verluste bei der Kraftübertragung zwischen Trommel 4 und Reifen 1 in das System eingespeist zu werden.

Das hydraulische Antriebs- und Belastungssystem, bestehend aus Motor 5 und Pumpe 6 ist sekundär geregelt, d. h., daß der hy­ draulische Antriebsmotor 5 zur Drehzahleinstellung in seiner Schluckmenge veränderbar ist und mit einem Arbeitsstrom konstanten Druckes aus der Hochdruckleitung 7 beaufschlagt ist. Außerdem ist die Pumpe 6 zur Lasteinstellung an dem Reifen 1 in der Fördermenge einstellbar, wobei sie ebenfalls in die Hoch­ druckleitung 7 mit konstant hohem Druck hineinfördert.

An sich wäre es belanglos, welches der Teile Rad 1 bzw. Trommel 4 angetrieben und welches dieser beiden Teile abgebremst ist. Um jedoch eine gleichzeitige Prüfung mehrerer Reifen bei einem entsprechend ausgestatteten Reifenprüfstand vornehmen zu kön­ nen, ist es zweckmäßig, daß der Antrieb auf der Seite der Trom­ mel 4 und die Belastung auf der Seite des Reifens 1 erfolgt. Um mehrere Reifen gleichzeitig mit einem Reifenprüfstand testen zu können, wäre es dann nötig, mehrere gesonderte, jeweils für sich steuerbare Belastungseinheiten zur Halterung jeweils eines Rades mit Prüfling an unterschiedlichen Umfangsstellen der Rei­ fenabrolleinheit anzuordnen.

Der Motor 5 und die artgleiche Pumpe 6 sind - wie gesagt - in ihrer Schluck- bzw. Förderrichtung umkehrbar, so daß der Motor auch als Pumpe und die Pumpe auch als Motor betrieben werden können. Durch diese Umsteuerung, die für beide Aggregate 5 und 6 gleichzeitig und in Ausmaß entsprechend durchgeführt werden müßte, kann die Kraftflußrichtung umgekehrt werden und beispielsweise ein Wechsel von Traktionsbetrieb auf Schubbetrieb oder auf Bremsbetrieb realitätsnah simuliert werden.

Um einerseits hohe Drehzahlen an dem Reifen unter Belastung zulassen zu können, um andererseits zugleich auch hohe Drehmo­ mente bei hohen Drehzahlen zu ermöglichen, ist das den zu prü­ fenden Reifen 1 aufnehmende Rad 2 mit einer Tandemanordnung von zwei Pumpen 6 und 6′ verbunden, weil zwei kleinere Hydraulik­ pumpen eine höhere Drehzahl erlauben als eine größere Einzel­ pumpe mit entsprechend größerem Drehmoment. Um die beiden Pum­ pen 6 und 6′ möglichst klein bauen zu können und die Grundsätze einer Leistungskonzentration bei ihnen realisieren zu können, sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Pumpen 6 und 6′ über ein drehzahlerhöhendes Getriebe 10 an das Rad 2 angekoppelt, so daß die beiden Pumpen mit einer höheren Dreh­ zahl als das Rad 2 umlaufen. Hierbei ist zwischen dem Rad 2 und dem Getriebe 10 eine Gelenkwelle 9 zwischengeschaltet, so daß zum einen Platz für die Unterbringung der Pumpen geschaffen wird; zum anderen brauchen bei Zwischenschaltung einer Gelenk­ welle das Getriebe 10 und die Pumpen 6, 6′ nicht die Schwenk­ bewegungen des Rades 2 mit dem zu prüfenden Reifen 1 auszufüh­ ren. Um die beiden Pumpen 6 und 6′ bequem unterbringen zu kön­ nen, sind die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 12 des Getriebes 10 quer zueinander versetzt angeordnet, wobei die Abtriebswelle 12 dies- und jenseits aus dem Getriebegehäuse herausgeführt ist. Jeder der beiden Abtriebswellenzapfen 12 ist mit je einer Pumpe 6 bzw. 6′ gekoppelt.

Bei dem dargestellten Reifenprüfstand ist eine sehr große Trom­ mel 4 in einem quaderförmigen Basisgestell ortsfest gelagert, wobei die Trommel an drei unterschiedlichen Umfangsstellen aus dem Gestell herausragt; an jeder dieser Umfangsstellen könnte eine Belastungseinheit angebracht werden.

Die eine im Ausführungsbeispiel gezeigte Belastungseinheit 3 ist mehrgliedrig beweglich. Zunächst ist unmittelbar an dem die Trommel 4 lagernden Basisgestell über eine Führung 15 ein Quer­ verfahrschlitten 14 parallel zur Trommelachse verfahrbar ge­ führt und mit einem entsprechenden Verfahrantrieb 16 in Form eines Hydraulikzylinders versehen. Mit diesem Verfahrantrieb können Fahrzeugquerschwingungen während des Reifenablaufs si­ muliert werden und so zusätzliche erschwerende Testbedingungen geschaffen werden.

Die Trommel 4 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel we­ sentlich breiter als ein zu prüfender Reifen 1. Dadurch können mehrere - bezogen auf die Umlaufrichtung der Trommel 4 - ne­ beneinander liegende Bereiche 13 bzw. 13′ unterschiedlicher Rauheit auf der Trommeloberfläche angeordnet werden. Jeder ein­ zelne Bereich 13 bzw. 13′ ist mindestens so breit wie die Rei­ fenaufstandsfläche eines Reifens 1. Die den Reifen 1 halternde Belastungseinheit 3 ist mittels des Querverfahrschlittens 14 relativ zur Trommel 4 verschiebbar, so daß das zu prüfende Rad gezielt auf einen bestimmten Bereich 13 bzw. 13′ der Trommel einstellbar und fixierbar ist.

Auf dem Querverfahrschlitten 14 bauen die anderen Komponenten der Belastungseinheit zur mehrdimensional beweglichen Halterung des Reifens 1 auf. Und zwar folgt zunächst eine Schwenkeinheit 17, die an dem Querverfahrschlitten 14 über Schwenklager 22 entlang einer vertikalen, tangential zur Trommeloberfläche lie­ genden Achse verschwenkbar ist. Zum Verschwenken sind zwei Schwenkantriebe 23 in Form von Hydraulikzylindern vorgesehen. Die Schwenkeinheit 17 trägt seitlich eine ausladende Konsole 18 zur Halterung des Getriebes 10 sowie auf der gegenüberliegenden Seite eine nach oben abragende Konsole 19 zur Halterung des Antriebes für die Schräglaufverstellung. Die rahmenförmig auf­ gebaute Schwenkeinheit 17 trägt an der Innenseite eine Führung 20 für einen radial zur Trommel 4 beweglich geführten Anpreß­ schlitten 24. Auf der von der Trommel 4 wegweisenden Außenseite der Schwenkeinheit 17 ist eine weitere Konsole 21 für den An­ preßantrieb 25 des Anpreßschlittens 24 angeordnet.

Mittels des Anpreßschlittens kann der Reifen 1 bzw. das ihn halternde Rad radial auf die Oberfläche der Trommel 4 angepreßt werden, so daß unterschiedliche Radlasten damit simuliert wer­ den können. Innerhalb des Anpreßschlittens 24 ist eine orthogonal zur Trommeloberfläche stehende Drehachse 27 vorge­ sehen, an der eine im wesentlichen L-förmige Schräglaufeinheit 26 schwenkbar gelagert ist. An dieser Schräglaufeinheit greift über einen abstehenden Hebel der Schräglaufantrieb 28 an, der sich an der Konsole 19 abstützt. An der Schräglaufeinheit 26 schließlich ist das Rad 2 drehbar gelagert, welches seinerseits über die bereits erwähnte Gelenkwelle 9 und über das Getriebe 10 mit den beiden Pumpen 6, 6′ verbunden ist.

Dank der mehrgliedrig beweglichen Belastungseinheit 3 kann der zu prüfende Reifen 1 bzw. das ihn aufnehmende Rad 2 zweidimen­ sional um die beiden Achsen 22 und 27 verschwenkt und orthogo­ nal zur Trommeloberfläche angepreßt und außerdem parallel zur Rotationsachse der Trommel verschoben werden. Aufgrund dieser vielseitigen Beweglichkeit der Belastungseinheit können Bela­ stungen des zu prüfenden Reifens, nämlich

• - unterschiedliche Radlasten,
• - unterschiedliche Traktionskräfte bzw. Bremskräfte,
• - ein rascher Wechsel zwischen Traktions- und Schubbetrieb,
• - unterschiedliche Abrollgeschwindigkeiten unter allen mög­ lichen Randbedingungen,
• - unterschiedliche Sturzwinkel,
• - unterschiedliche Schräglaufwinkel,
• - unterschiedliche Fahrbahnrauheiten und
• - Reifenquerschwingungen

realitätsnah simuliert werden. Hierbei können die erwähnten Prüfkriterien zum großen Teil dynamisch während des Prüflaufes nach bestimmten aufgenommenen Musterprogrammen verändert wer­ den. Dank der realitätsnahen Ausgestaltung der Prüfläufe können wesentlich besser gesicherte Versagensgrenzen für die zu prü­ fenden Reifen festgelegt werden, als mit anderen Prüfständen.

Claims (5)

1. Prüfstand für Fahrzeugreifen mit einem den zu prüfenden Rei­ fen aufnehmenden, in einer Belastungseinheit drehbar gelagerten Rad und mit einer die Fahrbahn simulierenden, endlosen, umlau­ fenden Reifenabrolleinheit, die von einem Motor mit unterschiedlicher Geschwindigkeit antreibbar ist, wobei das Rad aufgrund des abrollenden Kontaktes mit der Reifenabrolleinheit mitgenommen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die als Trommel (4) ausgebildete Reifenabrolleinheit ist von einem hydrostatischen Motor (5) antreibbar und das Rad (2) ist von einer Tandemanordnung von hydrostatischen Pumpen (6, 6′) abbremsbar, wobei die beim Abbremsen von den Pumpen (6, 6′) erzeugte hydraulische Energie wenigstens teilweise und wenigstens mittelbar als Antriebsenergie für den Motor (5) zurückspeisbar ist;
• b) das aus Motor (5) und Pumpen (6, 6′) bestehende hydraulische Antriebs- und Belastungssystem ist sekundär geregelt, d. h., der zur Drehzahleinstellung in seiner Schluckmenge veränderbare Motor (5) ist mit einem Arbeitsstrom konstanten Druckes beaufschlagbar und die zur Lasteinstellung in der Fördermenge einstellbaren Pumpen (6, 6′) fördern in eine Leitung, deren Druck auf konstant hohem Niveau gehalten ist;
• c) das den zu prüfenden Reifen (1) aufnehmende Rad (2) ist über eine Gelenkwelle (9) mit der Tandemanordnung von Pumpen (6, 6′) verbunden, wobei zwischen Rad (2) und Tandemanordnung der Pumpen (6, 6′) ein drehzahlerhöhendes Getriebe (10) angeordnet ist, derart, daß wenigstens die Pumpen (6, 6′) mit einer höheren Drehzahl als das Rad (2) umlaufen.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An- und Abtriebswellen (11, 12) des Getriebes (10) quer zueinander versetzt liegen, wobei die Abtriebswelle (12) dies- und jenseits aus dem Getriebegehäuse herausgeführt ist und jeder der Abtriebswellenzapfen (12) mit je einer Pumpe (6, 6′) gekoppelt ist.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gesonderte, jeweils für sich steuerbare Belastungseinheiten (3) zur Halterung jeweils eines Rades (2) mit Reifen (1) an unterschiedlichen Umfangsstellen der Reifenabrolleinheit (4) angeordnet sind.

4. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem zu prüfenden Reifen (1) in Kontakt gelangende Oberfläche der Reifenabrolleinheit (4) mehrere - bezogen auf die Umlaufrichtung - nebeneinander liegende Bereiche (13, 13′) unterschiedlicher Rauheit aufweist, wobei jeder einzelne Bereich (13, 13′) mindestens so breit wie die Reifenaufstandsfläche eines Reifens (1) ist und daß die jeweils ein Rad (2) mit einem (1) halternde Belastungseinheit (3) quer zur Umlaufrichtung relativ zur Reifenabrolleinheit (4) verschiebbar und mit dem Rad (2) auf einen bestimmten Bereich (13, 13′) einstellbar und fixierbar ist.

5. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den zu prüfenden Reifen (1) aufnehmende Rad (2) parallel zur Oberfläche der Reifenabrolleinheit (4) im Bereich des Reifenkontaktes und quer zur Umlaufrichtung verschiebbar geführt (Querverfahrschlitten 14, Führung 15) und mit einem entsprechenden Verfahrantrieb (16) zur Simulation von Fahrzeugquerschwingungen versehen ist.