DE4238118C2 - Verfahren zum Messen von Ungleichförmigkeiten eines Luftreifens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem derartigen aus der US-PS 4,955,229 bekannten Ver­ fahren wird das Verhalten eines unter Last an einer Prüf­ trommel abrollenden Reifens untersucht. Die sich beim Abrol­ len ergebenden Reaktionskräfte werden in Form von Tangenti­ al-, Radial- und Lateralkräften erfasst. Es werden Kraft­ schwankungsdiagramme erstellt, die eine Aussage über die Un­ gleichförmigkeit des Luftreifens liefern. Als Drehlagerungen werden Messfelgen verwendet, zwischen denen der Luftreifen in gefülltem Zustand in der Prüfmaschine gehalten wird. Es ist jedoch auch bekannt, den auf ein Scheibenrad montierten Luftreifen in gefülltem Zustand in die Prüfmaschine einzu­ bringen, wobei das Scheibenrad in einer Spann- und Zentrier­ aufnahme um die Drehachse drehbar gelagert ist.

Aus Rundlauf- und Planlaufabweichungen der Messfelgen der Prüfmaschine bzw. aus Zentrierfehlern der Spann- und Zent­ rieraufnahmen resultierten Fehlergrößen, die in dem ermit­ telten Kraftschwankungsdiagramm für die zu messenden Reakti­ onskräfte enthalten sind. Hierdurch wird das Kraftschwan­ kungsdiagramm, welches eine Aussage über die Qualität des Luftreifens geben soll, verfälscht. Beispielsweise ein Rund­ lauffehler der Messfelge in Form eines Versatzes von 0,1 mm kann je nach Aufbau des zu prüfenden Luftreifens eine Feh­ lergröße, beispielsweise bei der Radialkraft von ca. 10 bis 20 N verursachen. Ferner bleiben in Messmaschinen mit geteilten Messfelgen die Felgenhälften nicht einander posi­ tionsmäßig zugeordnet. Unterschiedliche Rundlaufabweichungen der beiden Messfelgen wirken sich daher auf die Reifenwülste und anteilige Reifenpartien je nach Stellung der beiden Messfelgen zueinander unterschiedlich aus. Beim bekannten Verfahren werden zur Ermittlung von Geometriefehlern der aus den beiden Messfelgenhälften bestehenden Drehlagerung Mess­ geber, welche die Messfelgenhälften abtasten, verwendet. Aus den Messwerten werden für die beiden Messfelgen erste Harmo­ nische, welche die Geometriefehler der Drehlagerung wieder­ geben, bestimmt und mit dem Kraftschwankungsdiagramm der Re­ aktionskräfte überlagert.

Aus der DE 39 09 308 A1 ist es bei der Reifenprüfung, ein Rückstellmoment, welches durch Tangentialkräfte am an einer Prüffläche abgerollten Reifen bewirkt werden, zwischen zwei Messläufen den Luftreifen um seine Hochachse um 180° zu wen­ den. Geometriefehler der Drehlagerung werden hierbei nicht ermittelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, bei dem zusätzliche Messgeber, mit welchen durch die Drehlagerung verursachte Messwertverfäl­ schungen im ermittelten Kraftschwankungsdiagramm erfasst werden, überflüssig sind.

Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren erfin­ dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst.

Bei der Ermittlung der beiden Kraftschwankungsdiagramme wäh­ rend der beiden Messläufe wird jeweils eine Messreihe von bevorzugt mindestens 10 erzielten Messwerten und gegebenenfalls bis zu 30 Messwerte durch Mittelwertbildung ausgewer­ tet. Auf diese Weise werden Streuwerteinflüsse, wie zum Bei­ spiel Luftdruckschwankungen, Messtrommeleinflüsse und der­ gleichen im auszuwertenden Kraftschwankungsdiagramm minimiert. Zwischen den beiden Meßläufen wird der Reifen gegenüber der Achse der Drehlagerung verdreht. Wenn der Reifen zwi­ schen zwei Meßfelgen eingespannt wird, erfolgt die Verdrehung gegenüber der Achse dieser beiden Meßfel­ gen. Wenn das gesamte aus Scheibenrad und Luftreifen bestehende Rad in der Meßmaschine geprüft wird, er­ folgt die Drehung des Rades gegenüber der Spann- und Zentrieraufnahme. Die Verdrehung erfolgt vorzugsweise in einem Winkel von 120° oder 180°.

Hierbei können durch Radial- und/oder Lateralkraft­ messung Geometriefehler, die sich als erste Harmoni­ sche in den Radialkraftschwankungen und Lateralkraft­ schwankungen auswirken, kompensiert werden. Hierbei wird vorausgesetzt, daß bei der Aufnahme des zu prü­ fenden Reifens in Felgenhälften beide Felgenhälften wirksam sind und beiden Felgenhälften ein Meßsystem zur Ermittlung der jeweiligen Position zugeordnet ist oder beide Meßfelgen stets eine gleichbleibende Zu­ ordnung zueinander haben. Bei komplett montierten, aus Scheibenrad und Luftreifen bestehenden Rädern wird die Drehlagerung durch eine spielausgleichende Spann- und Zentrieraufnahme gebildet.

Aus der deutschen Patentschrift 12 78 140 ist es bei der Messung von Rotorunwuchten bekannt, in zwei Meß­ läufen die jeweiligen Gesamtunwuchtmeßwerte zu ermit­ teln, wobei zwischen den beiden Meßläufen der Rotor um 180° verdreht wird. Durch Bildung der halben vek­ toriellen Summe der ermittelten Unwuchten ergibt sich ein speicherbares Meßgrößenäquivalent für den stören­ den Meßgrößenanteil, der bei späteren Meßläufen auf die neu anfallenden Meßwerte zur Einwirkung gebracht wird.

Im Gegensatz dazu handelt es sich beim erfindungsge­ mäßen Verfahren um die Eliminierung von durch die Meßmaschine bedingte Fehlergrößen, welche auf nicht­ vektorielle gemessene Reaktionskräfte, insbesondere Radialkraftschwankungen, Auswirkungen haben.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1. ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrich­ tung der Meßwerte, mit welcher das Verfah­ ren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann;

Fig. 2: Vektordiagramme für einen Verdrehwinkel von 180°;

Fig. 3: Vektordiagramme für einen Verdrehwinkel von 120°; und

Fig. 4: ein Diagramm zur Erläuterung der Korrektur des Spitze-Spitze-Wertes.

Der zu prüfende Reifen bzw. das zu prüfende Rad wird an einer nicht näher dargestellten Prüffläche, bei­ spielsweise an einer Prüftrommel, in bekannter Weise (Automobil-Industrie 2/71, Seiten 85 bis 90) abge­ rollt. Mit Hilfe von in der Prüftrommelachse vorgese­ henen Kraftwandlern 1 und 2 werden die in der Auf­ standsfläche des Reifens auf der Prüftrommel sich ergebenden Reaktionskräfte gemessen. Die Meßsignale der Meßwandler 1 und 2 werden in einer Verarbeitungs­ stufe 3, welche einen Verstärker und Summierer auf­ weisen kann, verarbeitet. Der Verarbeitungsstufe 3 ist eine Abtrennungsstufe 4 nachgeschaltet, in welcher die statische Komponente aus dem gewonnenen zeitlichen Kräfteverlauf entfernt wird. Zur Bestim­ mung eines Spitze-Spitze-Wertes wird das von der sta­ tischen Komponente befreite Signal einem Spitze-Spit­ ze-Analysator 10 zugeleitet. Der Spitze-Spitze-Wert kann in einem Speicher 11, welcher an den Analysator 10 angeschlossen ist, gespeichert werden.

Das dem zeitlichen Kraftverlauf entsprechende Signal, aus welchem die statische Komponente entfernt ist, wird einem Harmonischenanalysator 5 zugeleitet, der für eine jeweilige Umdrehung des Reifens während ei­ nes Meßlaufs die erste Harmonische aus diesem Signal bildet. Hierbei können die Meßwerte für mindestens 10 Umläufe und bis zu 30 Umläufen und anschließender Mittelwertbildung ausgewertet werden. Hierdurch er­ hält man eine erste Harmonische, in welcher Luft­ druckschwankungen des Luftreifens, Meßtrommeleinflüs­ se und andere Streuwerteinflüsse minimiert bzw. be­ seitigt sind. Die auf diese Weise in einem ersten Meßlauf erhaltene erste Harmonische des Kraft-Zeit- Diagramms wird über einen in eine erste Schaltstel­ lung gebrachten Schalter 16 einem ersten Speicher 6 für die erste Harmonische zugeleitet.

Nach Beendigung des ersten Meßlaufs wird der Reifen bzw. das Rad auf seiner Drehlagerung um die Drehachse der Drehlagerung um einen bestimmten Winkel, bei­ spielsweise 120° oder 180°, gedreht. Es wird dann ein erneuter Meßlauf durchgeführt und die erste Harmoni­ sche für diesen zweiten Meßlauf in der gleichen Weise bestimmt wie beim ersten Meßlauf. Der Schalter 16 wird dann in seine andere bzw. zweite Schaltstellung gebracht, so daß die so ermittelte erste Harmonische dem zweiten Speicher 7 für die erste Harmonische zu­ geleitet wird.

Die auf diese Weise gewonnenen ersten Harmonischen des ersten und zweiten Meßlaufs setzen sich zusammen aus der echten den Eigenschaften des Reifens bzw. Ungleichförmigkeiten des zu prüfenden Reifens ent­ sprechenden Harmonischen und der aus den Geometrie­ fehlern der Drehlagerung resultierenden Harmonischen. D. h. die in den Speichern 6 und 7 enthaltenen ersten Harmonischen sind durch die Geometriefehler der Dreh­ lagerung verfälscht. Zur Ermittlung der verfälschen­ den ersten Harmonischen, welche auf die Geometriefeh­ ler der Drehlagerung zurückgeht, werden die beiden ersten Harmonischen, welche in den beiden Meßläufen ermittelt wurden, in einem Vektorsubtrahierer 8 sub­ trahiert. In der Fig. 2(A) und (B) sind die beiden ersten Harmonischen H1 und H2 für die beiden Meßläufe als Vektoren dargestellt, wobei der Reifen bzw. das Rad um 180° zwischen den beiden Meßläufen verdreht wurde. Die Harmonsichen H1 und H2 enthalten die echte erste Harmonische, welche als Vektor E und die aus den Geometriefehlern resultierende erste Harmonische, welche als Vektor F1 bzw. F2 dargestellt sind. Die Vektorsubtraktion, welche im Subtrahierer 8 durchge­ führt wird, ist in Fig. 2 (C) dargestellt. Aus die­ ser Subtraktion erhält man einen Vektor, der sich aus den beiden Vektoren F1 und F2, welche betragsmäßig gleich sind, zusammenssetzt. Die Beträge für F1 und F2 lassen sich durch den Dividierer 9, welcher die Vektordifferenz halbiert, ermitteln.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die halbe Vektordifferenz mit der im zweiten Speicher 7 enthal­ tenen Harmonischen in einer Vektorüberlagerungseinrichtung 12 durchgeführt. Wenn man das Diagramm der Fig. 2 zugrundelegt, erfolgt hier die Überlagerung der Vektoren H2 und F2, indem diese beiden Vektoren subtrahiert werden, wobei aus dieser Vektorsubtrak­ tion sich dann der Vektor E ergibt, welcher die echte die Reifeneigenschaft wiedergebende erste Harmonische darstellt.

Es ist jedoch auch möglich, die im Dividierer 9 ge­ bildete halbe Vektordifferenz, welche dem Vektor F1 entspricht, mit dem Vektor H1, welche der im ersten Speicher 6 gespeicherten Harmonischen entspricht, durch Vektorsubtraktion zu kombinieren. Auch in die­ sem Fall erhält man dann, wie sich aus dem Diagramm der Fig. 2(C) ergibt, den Vektor E, welcher die echte erste Harmonische darstellt.

In der Fig. 2 ist durch Vektordiagramme der Fall dargestellt, bei welchem der Reifen bzw. das Rad zwi­ schen den beiden Meßläufen um 180° verdreht wird. In der Fig. 3 sind die Vektordiagramme dargestellt, welche sich bei einer Verdrehung des Reifens bzw. Rades um 120° ergeben.

Während bei der Fig. 2 der Phasenunterschied zwi­ schen F1 und F2 180° beträgt, beträgt der bei der Ausführungsform der Fig. 3 120°. Bei der Überlage­ rung in der Überlagerungseinrichtung 12 ist dem da­ durch Rechnung getragen, daß aus der halben Vektor­ differenz D die im Vektorsubtrahierer 8 und im Divi­ dierer 9 gebildet wird, sich zwei kongruente rechtwinklige Dreiecke bilden lassen, deren Basissei­ ten den Beträgen der Vektoren F1 und F2 entsprechen. Aus der Fig. 3(C), welche eine Kombination aus den Vektordiagrammen der Fig. 3(A) und (B) darstellt, ergibt sich dies. In der Überlagerungseinrichtung 12 wird die in der Fig. 3(C) dargestellte Vektorüber­ lagerung mit der im zweiten Speicher 7 gespeicherten ersten Harmonischen H2 mit der ersten Harmonischen F2, welche sich aus der halben Vektordifferenz D/2 und den durch die Rotordrehung um 120° vorgegebenen Winkeln in den beiden kongruenten Dreiecken ergibt. In der gleichen Weise kann auch eine Überlagerung der durch den Vektor F1 dargestellten ersten Harmonischen mit der im ersten Speicher 6 gespeicherten Harmoni­ schen H1 erfolgen. Die jeweils erhaltenen echten Har­ monischen, welche durch den Vektor E dargestellt sind, lassen sich dann in einer Anzeigeeinrichtung 15 Wiedergeben.

Ferner läßt sich eine Korrektur des Spitze-Spitze- Wertes durchführen. Hierzu läßt sich im Speicher 11 ein aus mehreren (z. B. 10-30) Umläufen gemittelter Kraftschwankungsverlauf für eine Reifenumdrehung (0° bis 360°) winkelbezogen speichern. In der Fig. 4 ist ein Beispiel für einen derartigen Kraftschwankungs­ verlauf, welcher mit KS bezeichnet ist, dargestellt. Für den dargestellten Kraftschwankungsverlauf, wel­ cher beispielsweise die Radialkraftschwankung dar­ stellt, ergibt sich ein Spitze-Spitze-Wert von ca. 7 kp (entspricht 70 N). Dieser zeitliche Verlauf bzw. drehwinkelabhängige Verlauf der jeweiligen momentanen Werte der Kraftschwankung wird dem zeitlichen Verlauf bzw. winkelabhängigen Verlauf der vom Dividierer 9 gelieferten 1. Harmonischen, welche dem Korrekturvek­ tor entspricht und in der Fig. 4 mit 1. HK bezeich­ net ist, in einer Überlagerungseinrichtung 13 über­ lagert. In der Fig. 4 ist diese Überlagerung schema­ tisch dargestellt. Aus dieser Überlagerung der beiden zeitlichen Verläufe der Kraftschwankung KS und der 1.

Harmonischen HS ergibt sich der korrigierte Spitze- Spitze-Wert, welcher in einer Anzeigeeinrichtung 14, die an die Überlagerungseinrichtung 13 angeschlossen ist, angezeigt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen von Ungleichförmigkeiten eines Luftreifens, der im gefüllten Zustand in einer Drehlage­ rung mit einer bestimmten Vorlast an einer Prüffläche abgerollt wird, und dabei sich ergebende Reaktionskräfte in Form eines Kraftschwankungsdiagramms ermittelt wer­ den, wobei eine aus Geometriefehlern der Drehlagerung resultierende erste Harmonische bestimmt wird, und mit dem Kraftschwankungsdiagramm zur Beseitigung des aus den Geometriefehlern der Drehlagerung resultierenden Fehler­ anteils überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Messläufe durchgeführt werden, wobei zwischen dem ersten und zweiten Messlauf der Luftreifen um die Achse seiner Drehlagerung um einen bestimmten Winkel gedreht wird, und dass aus den beiden bei den Messläufen aufge­ nommen Kraftschwankungsdiagrammen durch rechnerische Kombination die aus den Geometriefehlern der Drehlage­ rung resultierende erste Harmonische bestimmt wird und die so bestimmte erste Harmonische einem der beiden Kraftschwankungsdiagramme überlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß aus den ersten Harmonischen der beiden Kraftschwankungsdiagramme die aus den Geometrie­ fehlern der Drehlagerung resultierende erste Harmonische nach Größe und Phasenlage gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Luftreifen um 120° oder 180° gedreht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der aus den Geometriefehlern der Drehlagerung resultie­ renden ersten Harmonischen die ersten Harmoni­ schen der beiden Kraftschwankungsdiagramme unter Berücksichtigung der Phase voneinander subtra­ hiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß als Korrekturgröße die halbe Differenz der ersten Harmonischen der beiden Kraftschwan­ kungsdiagramme einem der beiden Kraftschwan­ kungsdiagramme überlagert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Korrekturgröße zur Korrektur der Spitze-Spitze-Werte oder zur Kor­ rektur der ersten Harmonischen des Kraftschwan­ kungsdiagramms überlagert wird.