KR20000070083A - 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체 - Google Patents

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데이비드 더블유.시니어 리즈
프랜시스 제이. 보멧
리차드 제이. 큐켈즈
프랭크 알. 젤리슨
케이뜨 에이. 니이퍼드
데니스 앨린 레이놀즈
크리스티 퀸
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토마스 더블유. 버크맨
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Abstract

타이어 테스트용 기계에 사용되는 로드휠(loadwheel) 조립체는, 실질적으로 로드휠의 전체 외주를 따라 하나 또는 그 이상의 견고한 디스크에 의해 지지되는, 타이어에 접촉하는 표면을 구비한 로드휠을 포함한다. 로드휠은 일관되게 힘을 측정하며 이 힘에 상응하는 전기 신호를 발생시켜 더 정밀하게 타이어의 균일성을 결정하게 된다. 제조 비용을 감소시키는 알루미늄 용접물로 형성된, 로드휠은 로드 셀(load cell)이 제공되고 C-형상의 캐리지(carriage)에 장착된 스핀들에 대해서 회전한다. 캐리지는 상부 및 하부 레그를 구비하는데, 로드 셀이 캐리지의 일 측면으로부터 용이하게 접근할 수 있도록 스핀들이 각 레그의 일 측면에 고정된다. 캐리지의 상부 및 하부 레그는, 로드 셀이 캐리지 레그의 양 측면에 배치된 상태에서 캐리지가 프레임에 고정되는 것을 허용하도록 기계 프레임에 고정되는 상보적인 형상의 부재에 미끄럼운동이 가능하게 맞물려지는 가이드 피스(guide piece)에 선택적으로 결합될 수 있는데, 이로써 기계의 배치에 상관없이 로드 셀에 접근하는 것을 제공한다. 로드휠 조립체는 로드휠이 테스트 중인 타이어를 향해 또는 타이어로부터 멀리 움직일 수 있도록 캐리지에 연결된 볼 나사와 일체형으로 되어있고 볼 나사를 직접 구동하는 기어박스와 모터를 포함한다.

Description

타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체{Loadwheel Assembly for Tire Testing Systems}
타이어에 있는 불규칙한 것들이나 불균일한 것들의 존재 여부를 알아내기 위한 타이어 테스트용 시스템이 해당 분야에 공지되어 있다. 종래 기술의 시스템은 전형적으로 타이어가 일정 형태의 척 조립체에 의해 맞물려지고 정상 압력으로 타이어가 부풀려지는 테스트용 스테이션으로 타이어를 움직이게 한다. 타이어는 정상 속도로 회전이 되며 타이어의 회전축에 대해 평행한 축에 대해서 자유회전이 가능한 로드휠에 접촉하게 된다. 관심 방향으로 로드휠에 작용하는 힘을 측정하는 로드 셀(load cell)이 반대편 단부에 제공되어 있는 스핀들이 로드휠에 구비되어 있다. 타이어에 의해 발생되는 힘들을 정밀하게 측정하는 것은, 예를 들면, 제조 공정 중에 발생했을 수 있는 임의의 불규칙한 것들을 교정하기 위해 타이어 재료의 초과부분을 제거하는 연삭 장치에 의해서, 힘 측정 과정 후에 타이어의 균일성을 정확하게 조절하도록 해준다.
위에 기술된 것과 같은 종래 기술의 타이어 테스트용 시스템이 예를 들면, 미국 특허 번호 제 4,704,900호 및 제 4,805,125호에 개시되어 있다. 상기와 같은 시스템에서, 로드휠 스핀들에는 로드 셀이 구비되어 있으며 또한 움직일 수 있는 캐리지(carriage)에 고정되어 있다. 캐리지는 스크루 샤프트 내에 수용된 볼 나사에 결합되어 있는데, 모터와 기어 감속 유닛에 의해 구동되는 체인-스프로킷 조립체에 의해 스크루 샤프트가 회전된다. 스크루 샤프트의 회전은 볼 나사와 캐리지를 테스트되고 있는 타이어 쪽으로 또는 타이어로부터 멀어지게 하며, 캐리지는 기계의 프레임를 따라 미끄럼 움직이게 된다. 서보기구는 로드 셀에 의해 발생되는 힘 신호(force signal)에 기초하여 원하는 위치로 캐리지를 움직인다.
종래 기술의 타이어 테스트용 시스템, 특히 공지된 이 테스트용 시스템과 함께 사용되는 로드휠 조립체가 만족스러운 방식으로 타이어 균일성을 측정한다지만, 몇 가지 결점들이 존재하며 그래서 개선의 여지를 남겨두고 있다. 종래의 시스템에서 로드휠의 회전축이 "C"의 두 수평 레그(leg)를 통과하도록 로드휠이 회전 가능하게 C-형태의 캐리지에 장착되어 있다. 캐리지에 있는 각 수평 레그의 끝부분에는 로드휠 스핀들을 결합할 수 있도록 하는 설치(mounting) 구조가 구비되어 있다. 더욱 특히, 스핀들이 캐리지에 있는 각 수평 레그의 측면에 결합되어 있다. 이와 같이, 스핀들에 구비되는 로드 셀은 오직 캐리지 레그의 일 측면으로만 접근이 가능하다. 그래서, 수평의 캐리지 레그는 프레임의 나머지 측면으로부터 접근하는 것을 막기 때문에, 로드 셀은 테스트용 기계의 프레임의 일 측면으로부터만 접근이 된다.
로드 셀이 한정된 사용가능 수명을 갖고 있다는 사실 때문에, 기계의 적절한 동작을 보장하기 위해 로드 셀이 종종 교체되어야 한다. 종래 기술의 기계에서 로드 셀로의 한정된 접근은, 예를 들면, 테스트용 시스템의 개재(intervening) 구조나 기계가 위치하게 되는 환경 때문에 기계 프레임의 일 측면으로부터 접근하는데 어렵거나 이용할 수 없게되는 경우에, 교체하는데 장애를 일으킨다. 따라서, 기계의 특정 배치에도 불구하고 로드 셀의 교체를 용이하게 허용하는 향상된 로드휠 조립체가 해당 분야에 필요하다.
종래 기술의 로드휠 조립체의 작동에 영향을 미치는 또 다른 결점은 로드휠의 구조에 관한 것이다. 구체적으로, 종래의 로드휠은 원통형의 벽(외부 표면이 회전하는 타이어와 접촉하는) 및 다수의 플레이트 또는 바큇살 모양의 리브(rib)에 의해 이 벽에 연결되어 있는 허브를 포함한다. 예를 들면, 흔히 사용되는 하나의 로드휠은 외부 벽과 허브 사이에 뻗어있는 열 두 개의 리브를 포함한다. 이러한 구조는 종종 타이어에 의해 로드휠에 작용하는 힘이 부정확하게 측정되는 결과를 야기시킨다. 게다가, 다수의 리브를 구비하는 로드휠은 사용되는 동안에 조화와 관련된 문제에 직면할 수 있다. 또한, 위에서 논의된 것과 같은 종래 기술의 로드휠은 전형적으로 예를 들면, 마그네슘 주조와 같은 고비용의 주조 공정에 의해 형성이 되며, 이것은 테스트용 기계의 비용을 증가시키게 된다.
추가적으로, 종래의 로드휠 조립체에서는 기계 프레임에 장착된 모터 및 기어박스에 의해 회전하는 타이어 쪽으로 및 회전하는 타이어로부터 멀리 캐리지가 움직이게 된다. 프레임에 장착된 스프로킷 및 체인 조립체는 캐리지와 로드휠을 움직이기 위해서 모터의 출력을 스크루 조립체로 전달하게 된다. 타이어 테스트용 기계가 상대적으로 복잡한 장치라는 것을 염두에 두면, 스프로킷과 체인 조립체는 정비 보수를 필요로 하는 추가적인 요소를 형성하며 또한 고장에 대한 기계의 민감성을 증가시키게 된다. 이와 같이, 스프로킷 조립체의 구비는 타이어 테스트 효율에 악영향을 미치는 기계의 고장 시간 발생 가능성을 증가시킨다.
따라서, 해당 분야에 종래의 타이어 테스트용 기계의 한계점들을 극복하고, 기계를 정비하고 수리하는데 향상된 유연성을 부여하고, 기계의 전체 구조를 단순화하고, 또한 타이어에 의해 발생하는 힘들을 정확하게 측정하는 향상된 로드휠 조립체가 필요하다.
본 발명은 힘을 감지하는 로드휠(loadwheel) 조립체에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 타이어 균일성 테스트용 기계에 의해 테스트되는 타이어에 의해 발생하는 힘을 측정하는 개량된 로드휠 조립체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 타이어 테스트용 스테이션 및 로드휠 조립체를 포함하는 타이어 테스트용 시스템의 평면도.
도 2는 도 1상에 도시된 타이어 테스트용 시스템의 단편적인 정면 입면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 타이어 테스트용 스테이션 및 로드휠 조립체의 측면 입면도로서, 로드휠 캐리지는 타이어로부터 멀리 수축된 상태에서 도시하는 도면.
도 3A는 도 3에 도시된 로드휠 조립체의 일부분을 형성하는 구동 메커니즘의 확대도.
도 4는 도 3에 도시된 타이어 테스트용 시스템의 일부분을 형성하는 프레임의 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 타이어 테스트용 스테이션의 일부분을 형성하는 로드휠 조립체의 측면 입면도로서, 로드휠 캐리지는 타이어와 맞물려지는 신장된 상태를 도시하는 도면.
도 6은 도 5의 화살표 6-6 방향을 따라 절취된 로드휠 조립체의 단부 입면도.
도 7은 명료함을 위해 부분이 삭제된 도 5의 로드휠 조립체의 평면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 로드휠의 평면도.
도 9는 도 8상의 화살표 9-9 방향을 따라 절취된 로드휠의 횡단면도.
본 발명은 타이어의 진원성(roundness), 기계적 균일성, 기타 등이 만족스러운지를 결정하는 타이어 테스트용 기계에 사용되는 로드휠 조립체를 제공한다. 로드휠은 테스트되는 타이어 쪽으로 및 타이어로부터 멀리 움직일 수 있는 캐리지에 회전 가능하게 장착된다. 회전하는 타이어는 로드휠의 외부 표면과 접촉하게 되며 로드휠을 로드휠의 반대 단부로부터 뻗어있는 스핀들에 대해 회전시키게 된다. 타이어에 의해 로드휠에 작용하는 힘들을 효과적으로 측정하는 로드 셀이 스핀들에 구비되어 있다. 이와 같은 방법으로, 타이어에 있는 불규칙적인 것들이, 그 크기, 위치 및 기타 등을 측정하는데 사용되는 전기 신호를 발생하는 로드 셀에 의해서 감지가 된다. 이러한 기계에는, 예를 들면, 타이어의 균일성을 조절하기 위해 타이어 재료의 초과부분을 제거하는데 사용되는 그라인더와 같은, 적절한 장치를 구비하고 있다.
로드 셀이 캐리지의 일 측면으로부터 쉽게 접근할 수 있도록 로드휠 스핀들이 움직일 수 있는 캐리지에 고정되어 있다. 캐리지는 캐리지의 하부에 고정된 장착 플레이트에 결합된 가이드 피스(piece)를 구비하는데, 이 가이드 피스는 테스트 중인 타이어 쪽으로 캐리지와 로드휠을 움직이는 것을 허용하도록 기계 프레임에 고정된 상보적 형상의 부재에 미끄럼운동으로 맞물려진다. 캐리지의 상부에는 가이드 피스가 결합될 수 있는 설치 플레이트가 또한 구비되어 있다. 본 발명의 상기 측면은 캐리지로 하여금 기계 프레임의 양 측면에 배치된 로드 셀에 고정이 되도록 허용하며, 그래서, 예를 들면, 캐리지의 반대편 측면에 이르는 것을 막는 다양한 시스템 요소들 때문에, 기계의 일 측면으로부터만 캐리지에 접근하는 것을 허용하는 종래 기술의 테스트용 시스템의 구조 또는 배치에 의해 야기되는 문제들을 극복하게 된다. 프레임의 어느 측면이 캐리지에 접근하는 것을 허용하느냐에 상관없이, 본 발명에 따르면 캐리지에는 프레임에 고정되는 캐리지의 상부 또는 하부 중 어느 하나가 장착되어 있으며, 그래서 시스템의 배치에 상관없이 로드 셀로의 용이한 접근을 제공한다.
본 발명은 정확하고, 일관된 힘 측정을 제시하는 향상된 로드휠 구조를 또한 제공한다. 로드휠은 타이어와 맞물리는 외부 벽이 원뿔형의 판에 의해서 로드휠 전체의 주변이 지지되도록 하는 구조로 되어 있다. 이것은 강하면서, 경량의 구조를 제공하며 또한 힘 측정과 이 힘에 상응하는 전기 신호의 발생을 일관되게 하는데, 이것은 다시 타이어 균일성이 좀 더 정밀하게 결정되는 것을 허용한다. 추가적으로, 전형적으로 고비용의 주조 공정(예를 들면, 마그네슘 주조)에 의해 형성되는 종래 기술의 로드휠과 비교하여 볼 때, 제조 비용을 줄이기 위해서 로드휠은 알루미늄 용접으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 하나의 측면에 있어서, 로드휠 조립체는 모터와 기어박스의 출력이 나사산을 가진 슬리브에 직접 연결되고 회전시키는, 모터와 기어박스를 포함하는 구동 메커니즘을 포함한다. 볼 나사는 슬리브에 수용되며 로드휠 캐리지에 연결된 단부를 구비한다. 모터의 작동에 따라, 볼 나사와 캐리지를 직선 방향으로 움직이게 하기 위해 슬리브가 회전한다. 상기 조립체는 종래 기술의 구동 메커니즘보다 더 적은 구성 요소를 포함하며 그래서 기계적 파손에 덜 영향을 받는다.
본 발명의 다른 특징, 이점 및 유리한 점이 다음의 도면과 함께 취해진 다음의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 로드휠 조립체를 포함하는 타이어 테스트용 시스템의 전체적인 배열을 (평면도로)도시한다. 전체적인 타이어 테스트용 시스템은 공통 계류중인, 1997년 1월 24일 출원된 타이어 균일성 테스트용 시스템이라는 명칭의 미국 특허 번호 제 60/036,716호(관리 번호 13-866호)에 더 자세히 개시되어 있으며, 주 내용은 여기에 참조로 병합되어 있다. 따라서, 다음의 상세 설명은 주로 로드휠 조립체에 관한 것이며, 그렇지만, 명료함과 로드휠 조립체가 주로 사용되어질 환경을 제시하기 위해, 전체적인 시스템이 아래에 간략하게 논의될 것이다.
본 발명의 로드휠 조립체는 사용에 있어서 여기에 개시된 바와 같이 타이어 테스트용 기계로 제한되지 않는다는 것이 당업자에 의해 인정될 것이다. 즉, 로드휠 조립체는 여기에 구체적으로 개시된 형태이외의 타이어 테스트용 기계에 사용될 수 있을 것이며, 또한 균일성 테스트 과정 중에 있는 타이어이외에 회전하는(또는 회전하지 않는) 부하에 의해 발생하는 힘을 측정하는데 적용하는 것을 찾을 수 있을 것이다. 이러한 것을 기억하고서, 여기에 개시된 로드휠 조립체는 반드시 임의의 특정 환경에 제한된다고 해석되어서는 안 된다.
도 1을 참조하면, 전체적인 타이어 테스트용 시스템은 다음의 하부 시스템, 즉, 입구 컨베이어(10), 테스트용 스테이션(12), 출구 모듈(14), 및 선택적 표시용 스테이션(14a)과 타이어 분류 메커니즘(14b)을 포함한다. 테스트용 스테이션(12)에 위치된 타이어는 테스트되어지며, 타이어의 진원성, 기계적 균일성 및/또는 다른 물리적 특성들을 조절하기 위해 선택적으로 연삭 된다. 도 1에서, 도면 번호(20)(점선으로 도시됨)로 표시된 타이어는, 자동 폭 조절가능 척 장치(도 2 및 도 3 참조)의 상부 및 하부 림(24, 26) 사이에서 타이어가 죄여지도록 입구 컨베이어(10)에 의해서 테스트용 스테이션으로 운반된다. 상기 림(24, 26)은, 각각, 척 장치를 포함하는 스핀들 조립체(410) 및 움직일 수 있는 척 조립체(310)의 일 부분을 형성한다. 척 조립체(310)는 스핀들 조립체(410)의 테이퍼 형상의 돌출부(442)를 수용하는 원뿔형 리세스(342)를 포함한다. 타이어 테스트용 시스템의 자동 폭 조절 가능 척 장치는 공동 계류중인, 1997년 1월 24일 출원된 '타이어 테스트용 시스템에 사용되는 자동 폭 조절 가능 척 장치'라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제 60/036,719호(관리번호 13-868)에 더 자세히 개시되어 있으며, 주 내용은 여기에 참조로 병합되어 있다.
타이어가 림(24, 26)사이에 죄여지며 척 장치에 의해서 부풀려진다. 부풀려진 후, 본 발명의 로드휠 조립체는 타이어(20)의 외부 표면에 접하는 관계가 되도록 이동하게 된다. 아래에 상세히 논의 될 로드휠 조립체가 도면 번호(500)로 일반적으로 표시되어 있고 로드휠(510)을 포함한다. 종래 기술에서와 마찬가지로, 로드 셀(load cell)(530, 540)(도 3에 도시됨)을 통하여 타이어에 의해 발생되는 부하를 모니터하는 로드휠(510)에 대해 타이어가 회전을 하게된다. 해당 분야에 공지된 바와 같이, 로드 셀에서 얻어진 데이터는 타이어의 균일성을 결정하는데 사용된다. 만약 원한다면, 타이어의 균일성에 대한 조절이 도면 번호(50, 52)로 일반적으로 표시된, 하나 또는 그 이상의 그라인더에 의해 이루어진다.
도면 번호(56)로 일반적으로 표시된 탐침 시스템은 본 테스트용 시스템의 일부를 형성할 수 있으며, 예시된 실시예에서(도 3에 잘 도시됨)는 상부 및 하부 측 벽 센서 조립체(54a, 54b), 상부 및 하부 숄더 센서(미도시됨) 및 중심부 트레드(tread) 센서(58)를 포함한다. 상기 탐침 시스템은 공동 계류중인, 1997년 1월 24일 출원된 '타이어 균일성 테스트용 시스템(관리 번호 제13-866호)'이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제 60/036,716호에 더욱 자세히 개시되어 있으며, 주 내용은 여기에 참조로 병합되어 있다.
스핀들 조립체(410)와 척 조립체(310)를 포함하는 척 장치, 로드휠(510)을 포함하는 로드휠 조립체(500), 타이어 그라인더(50, 52) 및 탐침 시스템(56)이 도면 번호(60)(도 3 및 도 4 참조)로 일반적으로 표시된 갠트리 형태의 프레임에 장착되어 있다. 예시된 바람직한 실시예에서, 상기 프레임은 베이스(62), 및 상기 베이스의 위로 소정의 간격을 두고 두 쌍의 칼럼(66a, 66b 및 68a, 68b)에 의해 지지되는 가로보(cross-beam)(64)를 포함한다. 상기 베이스(62)는 단일 부재를 형성하기 위해, 바람직하게는, 서로 용접된 한 쌍의 수평 I-보를 포함한다. 도 4에서 보여지듯이, 바람직한 실시예에서, 상기 베이스(62)의 일 단부는 "Y" 형상(평면상에서 보여질 때)을 이루고 단부 부분(70a, 70b)을 포함하는 반면에, 상기 베이스(62)의 반대편 단부는 "T" 형상을 이루며 또한 가로보(72)를 포함한다. 상기 프레임(60)은 전체적인 타이어 테스트용 시스템에 관련된 앞에서 언급된 공동 계류중인 특허에 더욱 자세히 기술되어 있다.
입구 컨베이어(10)(도 1 및 도 2 참조)는 테스트되어질 타이어를, 전체에 걸쳐서 도면 번호(100)로 표시된 센터링 스테이션으로부터 테스트용 스테이션(12)으로 운반한다. 작동시에, 테스트될 타이어가 벨트나 롤러 컨베이어(미도시됨)에 의해 센터링 스테이션(100)의 입구로 운반된다. 도 1은, 도면 번호(102)에 의해 점선으로 표시되고, 입구 컨베이어로 운반되기 직전의 타이어를 도시한다. 이 입구 컨베이어는 운반된 타이어를 입구 컨베이어 메커니즘 상으로 운반하는 피드(feed) 또는 킥(kick) 롤러(108)를 포함한다. 작동시, 타이어는 킥 롤러(108)에 의해 센터링 스테이션(100)으로 운반되며, 그리고 나서 도면 번호(154)로 표시된 축에 대해 중심이 맞춰진다. 바람직한 실시예에서, 센터링 축(154)은 테스트 스테이션 축(156)(도 1 및 도 2 참조)으로부터 일정 거리에 위치되어 있으며, 상기 테스트 스테이션 축(156)은, 바람직한 실시예에서, 스핀들 조립체(410)의 회전축에 해당된다. 따라서, 타이어가 센터링 스테이션(100)에서 중심이 맞춰진 후 스핀들 조립체와 일직선이 되도록 이동된다. 이와 같은 배열에서, 타이어가 센터링 스테이션에서 테스트용 스테이션으로 움직이는 거리는 타이어의 직경에 상관없이 모든 타이어에 동일하다.
이제 입구 컨베이어의 작동이 기술될 것이다. 센터링 스테이션에서 타이어를 받아들이기에 앞서서, 컨베이어 유닛은 엑추에이터(142)에 의해 내려간다. 타이어가 입구 킥 롤러(108)에 의해 컨베이어 상으로 이동된다. 센터링 스테이션(100)안에서는 센터링 암 엑추에이터(미도시됨)가, 롤러(176, 176a)가 타이어의 외주(periphery)에 맞물려질 때까지 센터링 암(170, 172)을 타이어 쪽으로 밀도록 작동하게 된다. 만약 윤활 장치가 존재한다면, 센터링 스테이션에서 타이어를 회전시키기 위해서, 이것은 윤활 장치로 하여금 타이어(20)에 윤활유를 뿌릴 수 있게 해주는데, 센터링 롤러 중 하나(176a)가 회전이 된다. 일단 중심이 맞춰지면, 컨베이어 유닛이 엑추에이터(142)에 의해 들어올려지며, 이것에 의해 타이어를 들어올리게 되며 사실상 타이어를 지지 컨베이어의 위로 올리게 된다.
컨베이어 조립체가 타이어와 맞물려지고 타이어를 들어올림에 따라 타이어와 센터링 암(170, 172) 사이의 상대적인 운동을 수용할 수 있도록, 각 롤러(176, 176a)가 수직으로 소정의 거리를 이동할 수 있도록 장착된다. 그리고 나서 센터링 암은 바깥쪽으로 움직여서 접은 위치가 되며, 테스트될 타이어가 컨베이어 유닛에 의해서 지지되며 축(154)에 대해서 중심이 맞춰지고, 타이어는 또한 스핀들 조립체(410)의 축(156)으로부터 소정의 거리에 위치된다. 그리고 나서 타이어를 스핀들(410)의 축(156)에 일치되도록 위치시키는 소정의 거리만큼 타이어를 전진시키도록 컨베이어가 작동된다. 그러면 엑추에이터(142)가 컨베이어 유닛을 내리도록 작동이 되는데, 이것은 사실상 타이어를 스핀들 상에 내려놓게 된다. 컨베이어 유닛이 하부 위치에 있을 때, 타이어가 테스트용 스테이션(12)에서 테스트되고 있는 동안에, 또 다른 타이어가 센터링 스테이션으로 운반될 수 있고 이어서 윤활유가 뿌려지고 중심이 맞춰진다. 입구 컨베이어는 또한 전체적인 타이어 테스트용 시스템에 관련된, 앞에서 언급된 공동 계류중인 특허에 더욱 자세히 기술되어 있다.
로드휠 조립체가, 전체에 걸쳐서 도면 번호(500)로 표시되었는데, 이제 서술될 것이다. 도 5를 참조하면, 로드휠 조립체(500)는 세 가지 주요 요소, 즉 로드휠(510), C-형상의 캐리지(550), 및 구동 메커니즘(600)을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다. 로드휠(510)은 해당 분야에 공지된 바와 같이, 척 조립체에 유지된 회전하는 타이어와 외부 표면을 접하는 원통형의 외부 벽(512)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 로드휠(510)의 외부 벽(512)은, 도 8(로드휠 스핀들을 도시하지 않음)에 잘 도시된 바와 같이, 중공의(hollow) 내경(520)을 한정하는 허브(514)에 연결된다. 허브(514)는 다수의 견고한, 환상의(annular) 디스크(516, 518)에 의해 외부 벽(512)에 결합된다. 바람직한 실시예에서, 디스크(516)는 허브(514)와 외부 벽(512)의 사이에 배치되며, 이 외부 벽(512)의 반대편 단부 가까이 에서 로드휠에 있는 중공의 내부를 차단하게 되며, 반면에 디스크(518)는 허브(514)의 중심부와 벽(512) 사이에 배치된다.
도 8 및 도 9에 도시되었듯이, 디스크(516, 518)는 그 전체 외주 둘레에 있는 외부 벽(512)을 지지한다. 이러한 구조는 지지되지 않는 벽의 영역이 없기 때문에 벽(512)에 마주하여 회전하는 타이어에 의해 발생되는 힘을 일관되고 정밀하게 측정할 수 있게 하는데, 이것은 상기 디스크가 벽의 내부 전체와 맞물려지기 때문이다. 종래 기술의 로드휠은 간격을 둔 위치에 있는 벽을 지지하기 위해서 허브와 외부 벽 사이에 뻗어있는 바큇살이나 리브를 포함하는데, 이것은 상기 위치 사이에 있는 면적이 타이어의 부하의 작용 하에 있을 때 휨 현상에 대해 더욱 민감하게 한다. 그래서, 회전하는 타이어가 종래 기술의 로드휠을 접촉함에 따라, 외부 벽에서 스핀들(로드 셀을 구비하고 있음)로 전달되는 힘이 휠의 원주를 따라 변화될 수 있으며, 이것은 타이어에 있는 불규칙한 것의 위치나 크기를 사실대로 나타내지 않는 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 대조적으로, 본 발명의 로드휠은 타이어에 있는 임의의 불규칙한 것을 정밀하게 탐지해낼 수 있도록 타이어에서 발생하는 힘을 정확하게 감지한다. 추가적으로, 종래 기술과는 달리, 본 발명의 로드휠은 몇몇 종래 기술의 로드휠에 있는 바큇살 형태의 구조 때문에 야기되는 조화와 관련된 문제로부터 곤란을 당하지 않는다.
바람직한 실시예에서, 디스크(516, 518)가 전체 외주의 둘레를 따라 벽(512)과 맞물려지고 있을 때, 본 발명의 구상은 실질적으로 벽의 전체 외주에서 벽을 지지하는 것을 알게 될 것이다. 더욱이, 로드휠의 외부 벽을 지지하는 디스크의 수와 정확한 위치 설정은 본 발명의 이론을 벗어남이 없이 변화될 수 있다는 것이 인지되어야 할 것이다. 예를 들면, 로드 셀이 타이어에 있는 불규칙한 것에 상응하는 정확한 신호를 발생할 수 있도록 테스트되는 동안에 잔여 디스크 또는 디스크들이 충분히 로드휠의 벽을 지지하는 한 중심 디스크(518)는 생략될 수 있다.
추가적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 외부 디스크(516)는 허브(514)로부터 외부 벽(512) 쪽으로 뻗은 방향으로 서로 분기하는 원뿔 형태의 부재인 것이 바람직하다. 로드휠(510)은 용접물, 즉 허브, 외부 벽, 및 디스크를 포함하는 용접 조립체로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 로드휠은 알루미늄 용접물이다. 로드휠을 주조(종래 기술의 경우) 대신에 용접물로 형성하는 것은 구조적으로 튼튼한 요소를 제공하면서 제조 비용을 줄인다. 물론. 알루미늄 이외의 재료도 로드휠(510)을 형성하는데 사용되어질 수 있다. 또한, 비록 비용 감소의 이유로 선호되기는 하지만, 로드휠은 반드시 용접 조립체로 형성될 필요는 없다. 본 발명의 이점은 종래의 테스트용 기계를 향상된 로드휠을 포함하도록 갱신할 수 있다는 것이다.
이제 도 5로 넘어가면, C-형상의 캐리지(550)가 상부 수평 레그(552), 하부 수평 레그(554), 및 그 사이에 연장되어 있는 수직의 연결용 레그(556)를 포함하여 도시되어 있다. 상기 캐리지 레그(552, 554)의 단부 부분(553, 555)이 설치 패드(558, 560)에 연결된(또는 대안적으로 일체형으로 형성된) 계단형의 또는 리세스된 영역(도 7 참조)을 포함하도록 형성되어 있다. 상기 패드(558, 560)는 로드휠(510)의 스핀들(522, 524) 및 로드 셀(530, 540)을 장착시킨다. 스핀들과 로드 셀이 캐리지 레그에 고정되는 방법은 해당 분야에 공지되어 있으며 그래서 여기에서는 상세히 논의되지 않을 것이다. 도 5에서 점선으로 도시되었듯이, 허브(514)의 단부에는, 종래의 경우와 같이, 베어링을 통해서 로드휠(510)이 스핀들에 대해서 회전할 수 있는, 베어링을 구비한 단부 플레이트를 고정하기 위해서 나사산을 가진 홀이 구비되어 있다.
캐리지 구조를 더 잘 도시하기 위해 설치 플레이트가 점선으로 도시된, 도 7로부터 자명하듯이, 로드 셀(530, 540)은 설치 패드가 구비된 각 캐리지 레그의 측면(즉, 화살표 L로 표시된 측면)으로부터만 접근이 가능하다. 아래에서 논의될 바와 같이, 본 발명은 캐리지 레그에 있는 설치 패드가 본 기계의 양 측면과 마주할 수 있도록 두 가지 다른 위치에서 캐리지(550)가 기계의 프레임(60)(도 4 참조)에 장착되는 것을 허용하며, 그럼으로써 종래 기술의 기계에 존재하는 로드 셀 접근 문제를 극복한다.
특히, 도 5 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 캐리지 레그(552, 554)의 외부 표면(562, 564)에는 설치 플레이트(566, 568)가 구비되어 있다. 각 설치 플레이트는 지지대(590)에 미끄럼운동으로 맞물려질 수 있는 형상의 가이드 피스(580)에 분리가 가능하게 고정될 수 있다. 상기 지지대(590)는 기계 프레임(60)의 보(72)에, 나사, 볼트, 용접 결합 등과 같은 임의의 적절한 결합 수단에 의해서, 고정되어 있다. 유사하게, 가이드 피스(580)로 하여금 다른 설치 플레이트와 결합이 되도록 쉽게 분리가 되는 나사산을 가진 연결장치와 같이, 가이드 피스(580)의 분리를 허용하는 임의의 적절한 연결장치에 의해서 가이드 피스(580)는 설치 플레이트(566, 568) 중 하나에 결합된다.
가이드 피스(580) 및 지지대(590)는 캐리지(550)가 타이어 쪽으로 및 타이어로부터 미끄럼운동을 용이하게 하도록 맞물려진다. 바람직한 실시예에서, 가이드 피스(580)와 지지대(590)는, 척 조립체에 의해 고정되는 타이어에 대해 캐리지(550)와 로드휠(510)에 미끄럼운동을 허용하면서 각 위치에서 각각의 요소를 체결하는 맞물림 더브테일(dovetail) 부분으로 형성되어 있다. 가이드 피스(580)와 지지대(590) 사이에 더브테일 연결이 상기 요소를 미끄럼운동이 가능하게 연결하는 바람직한 수단이지만, 캐리지로 하여금 타이어 쪽으로 또는 타이어로부터 멀리 움직이도록 허용하면서 각 위치에서 캐리지를 고정시키기 위해 대안적인 연결 방법이 사용될 수 있다는 것을 인지해야 할 것이다.
도면상에 도시된 배열에서, 특히 도 6 및 도 7에서, 캐리지(550)의 좌측(도 6 상에 있는 캐리지의 헤드 쪽에서 봤을 때)으로부터 로드 셀(530, 540)에 접근이 가능하도록 캐리지(550)가 장착되어 있다. 그래서, 정비 또는 교체의 목적으로 로드 셀에 접근하기 위해서, 본 기계의 좌측으로부터(화살표 L의 방향으로) 캐리지에 접근해야한다. 그렇지만, 타이어 테스트용 시스템의 특정 배열에 따라, 캐리지의 반대측으로부터 로드 셀에 접근하는 것이 바람직하거나 또는 필요할 수 있다. 이러한 상황에서, 종래 기술의 로드휠 조립체는 캐리지가 오직 일 위치에서만 프레임에 고정될 수 있다는 점에서 부적합하다. 이러한 점은, 예를 들면, 방해받지 않고 로드 셀에 접근을 허용하도록 하기 위해 하나 또는 그 이상의 시스템 요소들을 제거함으로써, 로드 셀을 교체해야 할 시간이 되었을 때 상당한 어려움을 야기시켰다.
본 발명은 교체되는 위치에서 캐리지(550)가 장착되는 것을 허용하는 수단을 캐리지가 구비하고 있기 때문에 전술한 문제점들을 극복한다. 도 6에 도시된 것과 반대 측면으로부터 로드 셀(530, 540)에 접근할 수 있도록 캐리지를 장착하기 위해, 캐리지는 구동 메커니즘(600)으로부터 연결이 끊어지며 지지대(590)로부터 가이드 피스(580)가 미끄럼운동을 통해 기계 프레임으로부터 제거된다. 그리고 나서 가이드 피스(580)는 설치 플레이트(568)로부터 분리가 되며 설치 플레이트(566)에 결합이 된다. 다음에, 캐리지(550) 전체가 화살표(L)에 수직인 축을 따라(즉, 도 6의 평면을 관통하는 축을 따라) 180도 회전을 하게 된다. 그리고 나서 가이드 피스(580)는 지지대(590)로 미끄러져 들어가며 구동 메커니즘(600)에 결합이 되어진다. 상기 결과의 배열은, 로드휠(510)은 같은 위치에 머물러 있는 상태에서, 도 6에 도시된 기계의 일 측면에 대해 반대 측면 상에 위치된 로드 셀(530, 540)을 구비한다. 따라서, 본 발명은 기계 프레임의 양 측면으로부터 로드 셀에 접근이 가능하도록 캐리지(550)가 선택적으로 장착되는 것을 허용한다. 이러한 특징은 캐리지 및 프레임의 일 측면으로부터만 로드 셀로 접근 가능하도록 제한했던 종래 기술의 조립체에 대해 상당한 개선을 이룬다.
이제 구동 메커니즘(600)이 설명되어질 것이다. 도 3 및 도 3A는 로드휠(510)이 타이어(20)와 물려지지 않는, 프레임(60)에 대해 수축된 상태의 캐리지(550)를 도시한다. 도 3A에 잘 도시되었듯이, 메커니즘(600)은 모터(610)의 회전 출력을 단계적으로 낮추는 하나 또는 그 이상의 기어(622)가 구비된 기어 박스(620)에 연결된 출력 샤프트(612)를 갖는 모터(610)를 포함한다. 기어(622)는 적절한 베어링 또는 부싱(630, 632)의 내부에서 자유로이 회전이 가능한, 바람직하게는 나사산을 가지는 슬리브 형태인 암(female) 부재(630)에 고정되어 있지만, 상기 암 부재의 위치는 회전이 가능한 것을 제외하고 고정되어 있다. 바람직하게는 볼 나사의 형태인 나사산을 가진 수 부재(640)가 슬리브(630)의 내부로 수용되며 나사(640)의 회전에 따라 측 방향으로(즉, 도 3A에서 왼쪽과 오른쪽으로) 구동된다. 나사(640)의 일 단(642)이 고정(clamping) 조립체(660)를 통해서 캐리지 레그(556)의 외부 표면(570)에 결합되며, 그래서, 나사(640)의 운동은 캐리지(550) 및 이 캐리지(550)에 구비된 로드휠(510)의 운동을 야기한다. 도 5는 로드휠이 타이어와 맞물려지도록 프레임 칼럼으로부터 이동된 캐리지를 (다소 과장된 방법으로)도시한다. 하우징(644)은 기어박스(620)에 결합되고 볼 나사(640)의 반대 단부 및 이에 상응하는 나사산을 가진 슬리브(630)의 단부를 둘러싸는 것이 바람직하다. 나사(640)의 단부(642) 및 인접한 구조를 둘러싸도록, 박스 프레임(650)은 플랜지 또는 브래킷 부분(652)에 의해 프레임 칼럼(68b)에 고정되는 것이 바람직하다.
모터(610)와 기어박스(620)는 통합체를 이루며 직접 맞물려지고, 나사(640)와 캐리지(550)가 타이어(20) 쪽으로 그리고 타이어(20)로부터 멀리 움직이도록 나사산을 가진 슬리브(630)를 회전시킨다. 구동 메커니즘(600)은 전형적으로 운동 전달 장치, 예를 들면, 모터와 캐리지 사이에 배치된 체인 및 스프로킷 조립체를 포함하는 종래 기술의 기계와 비교하여 단순화된 구조를 구비한다. 이와 같이, 본 발명의 메커니즘은 종래 기술의 메커니즘보다 고장에 대해서 덜 취약하며, 또한, 구성요소의 수가 감소했기 때문에 정비가 덜 요구된다.
본 발명은 또한 캐리지(550)가 기계 프레임(60)으로부터 움직이는 거리를 탐지하고 감시하는 수단을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 도 7에 도시되었듯이, 센서(670)가 프레임(60)에 고정되며 일 단이 캐리지(550)에 연결되는 점이 (674)로 표시된 스트링(672)을 포함한다. 그래서 센서(670)는 캐리지(550) 및 이 캐리지(550) 상에 구비되는 로드휠(510)의 위치를 감시하며, 로드휠의 움직임을 그 고유한 위치에 맞게 제어하는 마이크로프로세서(미도시됨)와 같은 적절한 시스템 제어로 이송되는 전기 신호를 발생한다.
본 발명은 종래 기술의 조립체와 관련된 문제점과 한계점을 극복하는 향상된 로드휠 조립체를 제공해 준다는 것이 명백하다. 앞의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 완전한 개시를 제공할 목적으로 만들어졌으며, 여기에 개시된 발명의 사상의 범주와 적용을 제한하도록 해석되어서는 안되며, 그래서 본 발명의 많은 변형과 수정이 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (17)

  1. 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠(loadwheel) 조립체에 있어서,
    캐리지(carriage)와,
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착된 로드휠로서,
    제 1 및 제 2 단부와,
    상기 제 1 및 제 2 단부 사이에 뻗어있는 실질적으로 원통형의 벽으로서, 로드(load)에 접촉하기에 적합한 외부 표면을 구비하는, 상기 원통형 벽과,
    상기 원통형의 벽으로부터 안쪽으로 일정 간격이 떨어진 허브와,
    상기 허브와, 상기 제 1 및 제 2 단부에 인접한 상기 원통형 벽 사이에 배치되고 실질적으로 원통형 벽의 전체 외주 둘레에서 상기 원통형 벽을 지지하는 한 쌍의 지지(support) 플레이트와,
    상기 로드휠의 상기 제 1 및 제 2 단부에 인접하게 제공된 로드 셀(load cell)로서, 상기 로드휠에 작용하는 힘에 상응하는 신호를 발생하는, 상기 로드 셀을 포함하는, 상기 로드휠을 포함하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지지 플레이트는 고리 모양이고 상기 단부 사이에 있는 중공의(hollow) 내부를 한정하도록 상기 로드휠의 상기 단부를 차단하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 지지 플레이트는 상기 허브로부터 상기 로드휠의 상기 원통형 벽을 향해 뻗어나가는 방향으로 분기하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 로드휠은 상기 한 쌍의 지지 플레이트 사이에 배치되고 상기 허브의 중심 부분에서부터 상기 원통형 벽의 중심 부분 쪽으로 뻗어있는 하나 이상의 추가적인 플레이트를 더 포함하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 로드휠은 상기 캐리지에 결합이 되고 상기 제 1 및 제 2 단부에서 상기 허브에 인접하게 위치된 스핀들을 더 포함하되, 상기 스핀들은 상기 로드 셀을 구비하고 상기 로드휠을 회전 가능하게 지지하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 캐리지는 일반적으로 C-형상으로 연결 레그(leg)에 의해 접합되는 상부 및 하부 레그를 구비하는데, 상기 스핀들 각각은 상기 캐리지의 상기 상부 및 하부 레그에 고정되어 있으며 회전 가능하게 상기 로드휠을 지지하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 캐리지는 프레임에 장착되며 상기 프레임을 따라 움직일 수 있는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 캐리지는 상기 프레임의 상보적인 형상을 한 부분에 배치된 더브테일(dovetail) 부분을 갖는 슬라이드 부재에 고정이 되는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 캐리지는 상기 캐리지 상의 별개의 위치에 제공된 다수의 설치 브래킷을 구비하며, 상기 슬라이드 부재가 상기 설치 브래킷 중 임의의 하나에 분리 가능하게 고정되는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  10. 제 7항에 있어서, 출력 샤프트를 갖는 모터, 상기 출력 샤프트에 커플링이 되고 상기 샤프트에 의해서 회전하는 나사산을 가진 암(female) 부재, 및 상기 캐리지에 결합되며 상기 암 부재에 대해서 직선 운동이 가능하도록 상기 암 부재 내에 수용되는 나사산을 가진 수 부재를 더 포함하되, 상기 나사산을 가진 수 부재와 캐리지를 실질적으로 상기 프레임에 대해 직선 방향으로 움직이도록 하기 위해 상기 모터가 상기 나사산을 가진 암 부재를 회전시키는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 나사산을 가진 암 부재는 내부 표면상에 나사산을 가진 원통형 슬리브이며, 상기 나사산을 가진 수 부재는 볼 나사이고, 상기 모터 샤프트는 상기 원통형의 슬리브에 직접 연결된 기어를 구동하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 캐리지는 프레임에 미끄럼운동을 할 수 있도록 장착되고 상기 프레임을 따라 움직일 수 있으며, 상기 프레임을 따라 상기 캐리지를 움직이도록 하는 수단을 더 포함하는 타이어 테스트용 시스템에 사용되는 로드휠 조립체.
  13. 회전하는 로드(load)에 접촉하는데 사용되는 로드휠에 있어서,
    제 1 단부 및 제 2 단부와,
    상기 제 1 및 제 2 단부 사이에 뻗어있는 원통형의 벽으로서, 로드가 접촉하기에 적합한 외부 표면을 구비하는, 상기 원통형 벽과,
    상기 제 1 및 제 2 단부 사이에 배치된 허브와,
    실질적으로 상기 원통형 벽의 전체 외주 둘레에서 상기 원통형 벽을 지지하도록 상기 허브와 상기 원통형 벽의 내부 사이에 고정되고 뻗어있는 하나 이상의 고리 모양의 플레이트를 포함하는 회전하는 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 로드휠에 대해 작용하는 힘을 탐지하는 수단을 더 포함하는 회전하는 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠.
  15. 제 13항에 있어서, 세 개의 고리 모양의 플레이트는 상기 로드휠에 고정되며 상기 허브의 길이를 따라 일정 간격을 둔 회전하는 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 로드휠은 용접 조립체를 포함하는 회전하는 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠.
  17. 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠 조립체에 있어서,
    캐리지(carriage)와,
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착된 로드휠로서,
    제 1 및 제 2 단부와,
    상기 제 1 및 제 2 단부 사이에 뻗어있는 실질적으로 원통형의 벽으로서, 로드에 접촉하기에 적합한 외부 표면을 구비하는, 상기 원통형 벽과,
    상기 원통형의 벽으로부터 안쪽으로 일정 간격이 떨어진 허브와,
    상기 로드휠의 상기 제 1 및 제 2 단부에 인접하게 제공된 로드 셀(load cell)로서, 상기 로드휠에 작용하는 힘에 상응하는 신호를 발생하는, 상기 로드 셀과
    상기 로드 셀로 하여금 다양한 방향으로부터 접근되는 것이 허용되도록 다수의 방향 중 한 방향에 선택적으로 마주하면서 캐리지 측면이 로드 셀을 포함하고 상기 캐리지가 상기 프레임 상에 장착되도록 하는 수단을 포함하는, 상기 로드휠을 포함하되,
    상기 캐리지는 제 1 및 제 2 측면을 구비하며 상기 로드 셀은 상기 캐리지의 상기 제 1 및 제 2 측면 중 어느 하나로부터 접근이 가능하도록 배치되는 로드에 접촉하는데 사용되는 로드휠 조립체.
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