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Die
Erfindung bezieht sich auf jene Vorrichtungen, die in der Reifenindustrie
dazu verwendet werden, das Verhalten von Kautschukmassen in Verbindung
mit ihrem Rollen auf Oberflächen
mit unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften zu prüfen.
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Die
in der vorliegenden Beschreibung in Betracht gezogenen Vorrichtungen
bestehen im Wesentlichen aus einer so genannten "Straßentrommel", nämlich
einer motorisierten zylindrischen Trommel mit einem Durchmesser
in der Größenordnung von
70 bis 100 cm, der eine Rolle mit kleineren Abmessungen (insgesamt
mit einem Durchmesser von nicht mehr als einem Fünftel der Straßentrommel)
zugeordnet ist, die die Probe bildet und einen radial äußeren Abschnitt
aufweist, der über
einer Dicke von vorzugsweise nicht weniger als 2 mm aus der zu untersuchenden
vulkanisierten Masse hergestellt ist.
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Die
Probe wird ebenfalls angetrieben, und dadurch, dass sie zum Rollen
auf der Straßentrommel
gebracht wird, ist es möglich,
das Verhalten der zu prüfenden
Masse bei unterschiedlichen Betriebszuständen zu analysieren, die mit
der Vorrichtung simuliert werden können, beispielsweise bei relativen Schlupf-
und/oder bei eingestellten Driftwinkeln.
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Auf
diese Weise kann das Verhalten einer Masse unter Bedingungen des
reinen Rollkontakts zwischen Straßentrommel und Probe oder dann
untersucht werden, wenn ein relativer Schlupf zwischen ihnen vorhanden
ist oder wenn die Neigung der Probe bezüglich der Straßentrommel
derart ist, dass die Bedingungen reproduziert werden, der die Mischung eines
Laufflächenbandes
in Kurven ausgesetzt ist.
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Ferner
können
bei etwas komplexeren Maschinen Versuche durchgeführt werden,
bei denen Wasser, Staub und/oder andere Elemente in die Zone gesprüht werden,
wo der Kontakt zwischen Trommel und Probe besteht, wodurch jene
Zustände voll
simuliert werden, die in Wirklichkeit auftreten können.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis durch die Anmelderin,
dass genau in einem solchen Zusammenhang die bisher bekannten Vorrichtungen
nicht zufrieden stellend sind.
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Dabei
muss berücksichtigt
werden, dass die Rolle, die die zu prüfende Probe bildet, gewöhnlich am
Ende einer Spindel angebracht ist, die sich um eine Achse dreht,
die parallel zu der der Straßentrommel
ist.
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Die
Spindel wird in an sich bekannter Weise auf der bezüglich der
Probe gegenüberliegenden Seite
angetrieben, um jedoch in einer Umgebung zu arbeiten, die Wasser
oder den anderen oben erwähnten
Elementen ausgesetzt ist, sind einige Vorkehrungen erforderlich,
zu denen die Verwendung von abgedichteten Lagern gehören.
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Diese
Lager erzeugen jedoch eine unvermeidbare Reibung, die der Drehung
der Spindel entgegenwirkt, wodurch die ausgeführten Messungen beträchtlich
verändert
werden. Dies ist insbesondere der Fall bei der Bewertung der Drehmomente,
die bezüglich
der Drehachse der Spindel wirken.
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Das
US-Patent 5,481,907 und die UK-Patentanmeldung 2 104 010 offenbaren
Prüfvorrichtungen für Reifen,
bei denen ein zu untersuchender leerlaufender Reifen über die
Oberfläche
einer Straßentrommel
rollt. Diese Vorrichtungen stellen keine Informationen über das
Verhalten der Kautschukmasse des Reifens bereit.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung
zum Prüfen
von Kautschukmasseproben von Reifen bereitzustellen, die solche
bauliche und betriebliche Eigenschaften hat, dass die erwähnten Nachteile überwunden
werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum
Prüfen
von Reifenmassen, wobei die Vorrichtung eine Straßentrommel
und eine Probe, die sich um ihre jeweiligen parallelen Achsen drehen
und in Rollkontakt miteinander stehen, sowie Antriebseinrichtungen
zum Drehen der Straßentrommel
und der Probe aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass diese
Einrichtungen eine Probenantriebsgruppe aufweisen, in der eine von
einem Motor angetriebene Spindel vorhanden ist, die drehbar in einem
Gehäuse
aufgenommen ist, wobei der Motor in einem Wiegesitz, der ein Stück mit dem Gehäuse und
einen star ren Körper
damit bildet, so festgelegt ist, dass dieser Körper bezüglich der Drehachse der Probe
leerlaufmäßig gelagert
ist.
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Weitere
kennzeichnenden Merkmale einer solchen Vorrichtung sind in den nachfolgenden
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung lässt
sich deutlicher im Hinblick auf die Beschreibung verstehen, die
nachstehend aufgeführt
ist und sich auf eine bevorzugte, jedoch nicht beschränkende Ausgestaltung
bezieht, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist,
in denen
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1 eine
Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem entfernten
Teil zeigt,
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung von 1 zeigt,
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3 eine
Schnittansicht längs
der Linie III-III von 2 zeigt, und
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4 eine
Einzelheit der Vorrichtung nach den vorstehenden Figuren zeigt.
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In
diesen Zeichnungen bezeichnet die Zahl 1 die gesamte Vorrichtung
nach der Erfindung.
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Die
Vorrichtung hat einen Tragaufbau 2, der von einer Reihe
von Ständern
und Querteilen gebildet wird, die eine Straßentrommel 3 mit zugeordneter,
um eine Drehachse X aktiver Antriebsgruppe 4 und eine Probe 5 tragen,
die von einer bezüglich
der Drehachse Y aktiven Gruppe 6 angetrieben wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Außenfläche der
Straßentrommel 3 in
Umfangsbänder
aufgeteilt (in diesem Fall drei, deren Bahnen in 2 durch
gestrichelte Linien angezeigt sind), die unterschiedliche Rauhigkeitsgrade
aus den Gründen
haben, die sich aus dem Nachstehenden deutlicher ergeben.
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Die
Antriebsgruppe 4 der Straßentrommel 3 hat einen
Elektromotor 40 in bürstenloser
Bauweise, ein Untersetzungsgetriebe 41 und eine Bremsvorrichtung 42,
die alle längs
der Achse X ausgerichtet sind.
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Die
Antriebsgruppe 6 der Probe 5 ist im Einzelnen
in den 2, 3 und 4 gezeigt.
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Diese
Gruppe hat einen Elektromotor 60 in bürstenloser Bauweise, der am
Abtrieb mittels einer Verbindung 61 an eine Spindel 62 angeschlossen
ist, an deren Ende die Probe 5 angebracht ist.
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Wie
aus 4 zu sehen ist, sind die Verbindung 61 und
die Spindel 62 in einem geschlossenen zylindrischen Gehäuse 63 aufgenommen,
das an seinem Ende, das dem Ende gegenüberliegt, wo die Probe 5 angeordnet
ist, mit einem Wiegesitz 64 verbunden ist, wo sich der
Elektromotor 60 befindet, wodurch ein einziger starrer
Körper
damit gebildet wird.
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Der
Motor 60 ist an den Innenwänden des Sitzes in Wiegebauweise
ausgelegt, der oben offen ist und die Belüftung erleichtert. Die Spindel 62,
an der die Probe 5 angebracht ist, ist jedoch innerhalb des
Gehäuses 63 mittels
zweier Lager 65 so gelagert, dass sie sich frei um die
Achse Y dreht.
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Der
sowohl von dem Gehäuse 63 als
auch dem Wiegesitz 64 gebildete starre Körper kann
sich frei um die Achse Y aufgrund von zwei Lagern 66a, 66b mit
geringer Reibung drehen, von denen eines an dem am weitesten von
der Probe 5 entfernten Ende und das andere koaxial zu einem
der Lager 65 angeordnet ist, die die Spindel 62 innerhalb
des Gehäuses 63 lagern.
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An
dem Wiegesitz 64 ist ferner ein Arm 67 angebracht,
der radial über
eine vorgegebene Länge vorsteht
und an seinem freien Ende eine Kraftmessdose 68 in Form
eines Dehnungsmessstreifens für das
Messen der Kräfte
trägt,
die bezüglich
der Achse Y wirken.
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Da
die Länge
des Arms 67 bekannt ist, können im Wesentlichen die Kräfte, die
von der Dose gemessen werden, die den kleinen Drehungen der Wiege 64 und
des Gehäuses
(63) folgt, die von dem daran befestigten Motor 60 verursacht
werden, leicht in einen Drehmomentwert umgewandelt werden, indem sie
mit der bekannten Länge
des Arms 67 multipliziert werden.
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Natürlich gilt
dies für
Drehungen mit einer solchen Größe (in der
Größenordnung
von 0,001 rad), dass die Nichtlinearität der Verschiebungen an dem
Ende des Arms 67, an dem die Dose 68 sitzt, die genaue
Funktion der letzteren nicht beeinflusst.
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Zu
erwähnten
ist auch, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform die Kraftmessdose 68 in vorgespannter
Bauweise ausgeführt
ist, so dass eine Ungenauigkeit bei den Messungen ausgeschlossen ist,
die durch ein Spiel zwischen der Dose und dem Haltearm verursacht
wird.
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Die
oben beschriebene Antriebsgruppe der Probe 5 wird von dem
Aufbau 2 aufgrund eines nachstehend beschriebenen Anordnungssystems
im Gleichgewicht gehalten.
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Der
von dem Gehäuse 63 und
dem Wiegesitz 64 gebildete Körper ist an einem Rahmen angeordnet,
der ein sich parallel zur Achse Y erstreckendes Längselement 70 und
zwei Platten 71a, 71b aufweist, die quer zu dem
Längselement
verlaufen und an einem Ende befestigt sind. In diesen Platten sind jeweils
die Lager 66a, 66b angeordnet, die den oben erwähnten Körper lagern.
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Zum
Anbringen des Lagers 66a in der vorderen Platte 71a,
nämlich
derjenigen, die dem Gehäuse 63 zugeordnet
ist, wo die Spindel 62 aufgenommen ist, ist eine Büchse 73 vorgesehen,
die an der Vorderseite des Gehäuses
mit Hilfe von Schrauben (siehe 4) festgelegt
ist.
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Um
diese Buchse vor Wasser, Staub und anderen Mitteln zu schützen, die
während
der mit der Vorrichtung 1 ausgeführten Versuche zum Einsatz kommen,
ist bei diesem Beispiel eine Dichtung 74 vorgesehen. Die
Dichtung besteht aus einer Hülse, die
aus Kautschuk oder einem anderen äquivalenten Material hergestellt
und um das Gehäuse 63 und
den daran angrenzenden Teil der Büchse 73 aufgepasst ist.
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Das
Gewicht der Antriebsgruppe 6 und des zugeordneten Tragrahmens
wird durch ein Gegengewicht 75 ausgeglichen, dessen Position
längs einer mit
einer Gradeinteilung versehenen Stange 76 von Hand mit
Hilfe eines Handrads 77 variiert wird, das einer Betätigungsschraube 78 zugeordnet
ist.
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Insbesondere
wird das Längselement 70 zusammen
mit den Platten 71, die die Antriebsgruppe 6 tragen,
von einer Brücke 80 des
Halteaufbaus 2 der Vorrichtung gehalten.
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Für diesen
Zweck ist das Längselement 70 in Längsrichtung
mit einer Zapfenführung 81 versehen, die
in Gleiteingriff mit zwei Zapfenklemmen 82 stehen, die
an der Brücke 80 befestigt
sind.
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An
der letzteren ist auch ein Motor 85 mit einem zugehörigen Untersetzungsgetriebe
zur Betätigung
einer Schraube 86 angeordnet, der ein Läufer 87 zugeordnet
ist, der starr an dem Längselement 70 (siehe 2)
befestigt ist. Über
der Schraube 86 befinden sich drei Näherungsschalter zum Anhalten des
Läufers
in entsprechenden Positionen, die in den Zeichnungen mit A, B und
C bezeichnet sind.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite bildet der Läufer 87 ein
Stück mit
der mit der Gradeinteilung versehenen Stange 76, auf der
sich das Gegengewicht 75 bewegt.
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Wie
aus den Zeichnungen zu sehen ist, ist an dem Längselement 70 auch
ein Halter 80 angebolzt, der als Element zum Verbinden
des Kraftsensors 68 mit dem Rahmen dient, der die Antriebsgruppe 6 der Probe
trägt.
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Bei
diesem Beispiel ist die Vorrichtung mit einer Vibrationsdämpfvorrichtung
versehen, die einen Hebel 91 aufweist, der mit einem Ende
an der Brücke 80 festgelegt
ist und an dessen gegenüberliegenden Ende
eine viskose Dämpfvorrichtung 63 angeordnet ist,
die aus einer innerhalb einer zylindrischen Kammer 95 bewegbaren
Scheibe 94 besteht.
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Wie
aus 1 zu sehen ist, befinden sich die Radtrommel 3 und
die Probe 5 der Vorrichtung 1 innerhalb einer
Kammer 100, an der die verschiedenen Stutzen 101 zum
Zuführen
von Wasser und anderen Materialien während der Versuche befestigt
sind (in 1 ist aus Vereinfachungsgründen nur
einer der Stutzen gezeigt).
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Zur
Vervollständigung
der vorstehenden Beschreibung ist anzufügen, dass hinsichtlich der
Funktion die beiden Elektromotoren 40 und 60 so
gesteuert werden, dass es möglich
ist, das gewünschte
Verhältnis
zwischen der Drehzahl der Straßentrommel 3 und
der Probe 5 abhängig
von der Art der Versuche einzustellen, die ausgeführt werden
sollen (reines Rollen, positiver oder negativer Schlupf, usw.).
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Insbesondere
sind die vorstehend erwähnten
Motore funktionsmäßig miteinander
verbunden, was dadurch ermöglicht
wird, dass Elektromotoren einer Bauweise verwendet werden, die elektronisch gesteuert
werden können,
beispielsweise spezielle bürstenlose
Motoren.
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In
diesem Fall ist vorteilhafterweise die Straßentrommel der Hauptmotor,
während
der Motor der Probe 5 der Nebenmotor ist, so dass die jeweiligen Drehzahlen
ein relatives Verhältnis
haben, das abhängig
von der eingestellten Steuerungsart ausgewählt wird.
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Vorzugsweise
kann dieses Verhältnis
von 0 bis unendlich variieren. Mit anderen Worten heißt das,
dass alle Einstellzustände
in einem Bereich zwischen einem ersten Grenzzustand (Straßentrommel drehend/Probe
im Stillstand) bis zu dem entgegengesetzten Grenzzustand (Straßentrommel
stillstehend/Probe drehend) möglich
sind.
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Vorzugsweise
hat die Straßentrommel
nur eine Drehrichtung, d.h. im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn,
während
die Probe in beide Richtungen drehen kann.
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In
Kombination mit der Drehzahl oder als Alternative dazu ist es auch
möglich,
die Position (d.h. den Winkel entsprechend der ausgeführten Drehung) des
Probenmotors mit der des Straßentrommelmotors
zu verbinden.
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Vorzugsweise
sind die in der Vorrichtung verwendeten Sensoren Absolut- oder Schrittcodiereinrichtungen.
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Deshalb
wird das Übersetzungsverhältnis der
beiden Spindeln, die die Straßentrommel
und die Probe betätigen,
im Wesentlichen durch die Einstellung der beiden Motoren 40 und 60 bestimmt.
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Für ihren
Betrieb ist die Vorrichtung natürlich mit
einer zentralen elektronischen Steuereinheit versehen (1 zeigt
teilweise die Verdrahtung für
den Anschluss an diese Einheit), die die Funktion des Einstellens
der Betriebsparameter (Spannung, Strom, usw.) der Motoren ausführt, so
dass sie die gewünschten
Versuchszyklen durchführen.
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Diesbezüglich ist
anzumerken, dass es mit der Vorrichtung nach der Erfindung möglich ist,
komplexe Versuchszyklen durchzuführen,
beispielsweise solche mit automatischer Umkehr der Schlupfbewegung
zwischen Probe und Straßentrommel
(von positiv auf negativ und umgekehrt), solche mit periodischer Änderung
der Schlupfbewegung oder solche mit Anlegen eines vorgegebenen Drehmoments
an die Probe und dergleichen.
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Diese
wesentlichen Ergebnisse werden aufgrund der Verwendung der Motoren
möglich,
die funktionsmäßig miteinander
verbunden sind und elektronisch gesteuert werden können, wie
im Falle der erwähnten
bürstenlosen
Elektromotoren.
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Funktionsmäßig gesehen
ist die vorstehend beschriebene Vorrichtung deshalb zu Beginn eines jeden
Versuchszyklus so programmiert, dass sie die verschiedenen erforderlichen
Arbeitsschritte ausführt.
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Die
Straßentrommel 3 und
die Probe 5 werden dann durch die jeweiligen Gruppen 4 und 6 abhängig von
den Eingabesignalen in Drehung versetzt, die von der vorstehend
erwähnten
elektronischen Steuereinrichtung verarbeitet werden.
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Auf
diese Weise werden die verschiedenen Versuche (Rollversuch, Schlupftest,
Versuch mit Anlegen des eingestellten Drehmoments, usw.) ausgeführt und
es werden die Versuchsvariablen, wie die Kraft, die zwischen der
Probe und der Straßentrommel
vorhanden ist, die Erhöhung
der Oberflächentemperatur
das Kautschuks, die Drehzahl und dergleichen gemessen.
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Diese
Versuche können
bei trockenen, nassen und Mischbedingungen sowie bei unterschiedlicher
Oberflächenrauhigkeit
aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Straßentrommel, deren Außenfläche in unterschiedliche
Umfangsbänder
aufgeteilt ist, und aufgrund der Möglichkeit des Bewegens der
Probe 5 tangential in Bezug dazu ausgeführt werden.
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In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, wie die Funktion des Motors 85 die
Verschiebung des Läufers 87 längs der
Schraube 86 in eine der vorgegebenen Positionen A, B und
C erzeugt. Da der Läufer
starr an dem Längselement 70 befestigt
ist, bewegt er sich integral damit zusammen mit der Antriebsgruppe 6 der
Probe 5. Zu erwähnen
ist, wie während
dieser Funktion die Bewegung des Längselements durch den Eingriff
zwischen der Zapfenführung 81 und
den Zapfenklemmen 82, die auf der Brücke 80 angeordnet
sind, geführt
wird.
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Indem
sie der Verschiebung folgt, bewegt sich die Probe längs der
Kontaktmantellinie der Straßentrommel
nach vorne und nach hinten, wie es durch den Pfeil in 2 gezeigt
ist, so dass ein Zusammenwirken mit den darauf angeordneten Zonen mit
variierender Rauhigkeit zu Stande kommt.
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Aus
der bisher gegebenen Beschreibung ist es deshalb möglich zu
erkennen, wie die vorliegende Erfindung das vorher erwähnte Ziel
erreicht.
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Dies
ist dem speziellen Tragsystem des Motors 60 und der Spindel 62 zuzuordnen,
die innerhalb des Gehäuses
angeordnet sind, das von dem Wiegesitz 64 zusammen mit
dem Gehäuse 63 gebildet
wird, wodurch es möglich
ist, die der Probenbetätigungsspindel
zugeordneten, abgedichteten Lager zu vermeiden, die die Quelle für die schädliche Reibung beim
Stand der Technik sind.
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Auf
diese Weise ist die Spindel 62 innerhalb eines geschlossenen
Gehäuses
aufgenommen und somit vor Wasser geschützt, das auf die Probenzone gesprüht wird.
Demzufolge können
die Lager 65, auf denen die Spindel drehbar in diesem Gehäuse angebracht
ist, herkömmlicher
Art sein, d.h. sie haben eine Bauweise ohne Abdichtung.
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Das
Lager 66a, welches das Gehäuse 63 in dem Bereich
der vorderen Platte 71a trägt, kann andererseits durch
die Bürste 73 und
durch die Hülse 74 geschützt sein,
da das Gehäuse 63 sich
nicht in der Art der Spindel 62 dreht, da es nur minimale Schwingungen
in der Größenordnung
von wenigen Tausendstel rad (gemessen von dem Kraftmesssensor 68)
ausführt.
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Der
Schutz dieses Lagers wird deshalb durch dieses Faktum erleichtert.
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D.h.
mit anderen Worten, dass bei der Vorrichtung nach der Erfindung
dadurch, dass die Spindel 62 innerhalb eines geschlossenen
Gehäuses
angeordnet ist, ein Bewegen externer Teile vermieden werden kann,
die Wasser und anderen Mitteln ausgesetzt werden könnten, die
während
der Versuche verwendet werden. Dies beseitigt deshalb die Notwendigkeit,
für die
Spindeln abgedichtete Lager einzusetzen, und erleichtert stattdessen
die Verwendung von Systemen zum Schützen von Lagern mit niedriger Reibung,
die das Gehäuse 63 tragen.
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Natürlich können Abwandlungen
der Erfindung bezogen auf das hier beschriebene Beispiel in Betracht
gezogen werden.
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Zunächst ist
zu erwähnen,
dass die Teile, die die Antriebsgruppe 6 der Probe 5 halten,
sich von dem Rahmen unterscheiden können, der von dem Längselement 70 und
den Platten 71 gebildet wird. Wesentlich ist natürlich, dass
diese Gruppe längs
der Achse Y, wie vorstehend beschrieben, verschoben werden und bezüglich dieser
Achse frei drehen kann.
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Ferner
können
die Systeme für
den Antrieb der Probe und der Straßentrommel verschiedenster Art
mit Motoren verschiedener Typen sein, vorausgesetzt, dass sie in
der Lage sind, die gleichen Eigenschaften bezüglich der Möglichkeit zu bieten, die Einstellung
auszuführen,
die für
die erwähnten
Versuche erforderlich ist.
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Gleichermaßen können die
Verfahren zum Lagern und Bewegen der Antriebsgruppe 6 der
Probe, d.h. der von dem Längselement 70 und
den Platten 71 gebildete Rahmen, sowie der Mechanismus mit
dem Motor 85, der Schraube 86 und dem Läufer 87,
durch äquivalente
mechanische Lösungen
ausgetauscht werden, die innerhalb des Könnens eines Fachmanns liegen.
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Diese
und andere Varianten fallen jedoch in den Rahmen der nachfolgenden
Ansprüche.