DE20119617U1 - Prüfrolle für Rollen-Bremsenprüfstand - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rollen-Bremsenprüfstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Prüfstände werden eingesetzt, um Bremskräfte an Kraftfahrzeugen auf ihre Verkehrstauglichkeit zu untersuchen. Üblicherweise sind in solchen Prüfständen paarweise angeordnete Rollen vorgesehen, auf denen das zu prüfende Fahrzeug angeordnet wird. Jedes Rollenpaar ist dabei waagerecht im Boden eines Prüfstandes eingelassen, wobei die Rollen eines jeden Paares einen Abstand haben, der die Anordnung eines Fahrzeugreifens oberhalb der Rollen so zulässt, dass der Fahrzeugreifen zu gleichen Teilen auf beiden Rollen abrollt und dabei seine Gewichtslast auf das Rollenpaar abgibt.

Zur Prüfung der Bremskraft eines Kraftfahrzeuges wird das zu überprüfende Fahrzeug mit den zu bremsenden Fahrzeugreifen auf einem Rollenpaar positioniert. Wenigstens eine der beiden Rollen des Rollenpaares wird dann angetrieben, der sich mitdrehende Fahrzeugreifen wird durch Betätigung der Fahrzeugbremse abgebremst und der dadurch an das Rollenpaar übertragene Widerstand gegen die Rotationsbewegung der Rolle (Bremskraft) wird gemessen und ausgewertet.

Für eine möglichst genaue Erfassung der tatsächlichen Bremskraft des Fahrzeuges ist es erforderlich, eine möglichst verlustfreie Übertragung des Drehmoments von dem Fahrzeugreifen auf die angetriebene Rolle zu gewährleisten.

In der Praxis werden dazu üblicherweise Stahlrollen eingesetzt, welche mit den zu prüfenden Fahrzeugrädern einen relativ guten Reibwert bilden. Trotzdem weisen diese Prüfstände immer noch einen teilweise erheblichen Schlupf auf, so dass eine exakte Erfassung der Bremskraftweite nicht immer zufriedenstellend möglich ist.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rolle für einen Rollenbremsprüfstand vorzustellen, welche eine verbesserte Kraftübertragung von dem zu prüfenden Fahrzeugreifen auf die Rolle bzw. umgekehrt ermöglicht und gleichzeitig einem geringen Verschleiß unterliegt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfrolle nach Anspruch 1.

Die Erfindung geht davon aus, dass es vorteilhaft ist, wenigstens eine Rolle eines RoI-len-Bremsenprüfstandes mit einer Beschichtung zu versehen, welche die Reibung zwischen der Rolle und dem Fahrzeugreifen erhöht und gleichzeitig nur einem geringen Verschleiß unterworfen ist. Die Beschichtung besteht dabei aus zwei übereinander liegenden einzelnen Schichten eines Keramikverbundmaterials, wobei in die zweite und damit äußere Schicht Siliziumkarbidelemente eingelassen sind. Diese Siliziumkarbidelemente ragen teilweise durch die äußere Oberfläche der zweiten Schicht hinaus, so dass sich ein insgesamt unebenes bis körniges Oberflächenprofil der Prüfrolle ergibt.

Eine solchermaßen gefertigte Prüfrolle bietet einerseits den Vorteil der hohen Verschleißfestigkeit, welche durch das Keramikverbundmaterial gegenüber herkömmlichen Beschichtungen oder "nackten" Metalloberflächen gewährleistet ist. Darüber hinaus bietet diese Beschichtung auch einen höheren Reibungskoeffizienten im Zusammenspiel mit den von der Rolle angetriebenen Fahrzeugreifen. Dieser Reibungskoeffizient vermindert den Schlupf zwischen Rolle und Reifen und ermöglicht eine genauere Ermittlung der tatsächlichen Bremswirkung des Fahrzeuges.

Andererseits bewirkt die unebene bzw. körnige Oberfläche der zweiten Schicht neben den vorteilhaft hohen Haft- bzw. Gleitreibungskoeffizienten auch einen partiellen Formschluss zwischen den Siliziumkarbidelementen, welche aus der Oberfläche herausragen und mit dem Reifen- bzw. Reifenprofil des Fahrzeugsreifens zusammenwirken.

Dieser Formschluss unterstützt die angestrebte schlupfminimierte Kraftübertragung zwischen Rolle und Reifen durch das ergänzend zur Haftreibung angewandte Kraftübertragungsprinzip des Formschlusses. Die erfinderische Kombination der Keramikverbund-Beschichtung mit den darin eingebrachten Siliziumkarbidelementen gewährleistet somit in vorteilhafter Weise einen äußerst geringen Abrieb und eine große Reibhaftung zwischen den Reifen der zu prüfenden Fahrzeuge und der eigentlichen Prüfrolle.

Die beiden Schichten können dabei auf folgende Weise aufgebracht werden:
Die zu beschichtende Prüfrolle, die üblicherweise im Wesentlichen ein zylindrisches Stahlrohr ist, wird auf ihrer äußeren Mantelseite zunächst durch Sandstrahlen oder eine ähnliche Oberflächenbehandlung gesäubert und für das Auftragen der ersten Schicht vorbereitet. Danach wird die erste Schicht aus dem Keramikverbundmaterial auf diese vorbereitete Rollenmantelfläche aufgebracht, was beispielsweise durch Aufstreichen bzw. Aufwalzen oder auch durch Aufsprühen oder Eintauchen etc. vorgenommen werden kann. Angestrebt wird dabei in vorteilhaft eine Schichtdicke von ca. 200 &mgr;&eegr;&igr;.

Nach Abtrocknung dieser ersten Schicht wird auf deren äußerer Oberfläche die zweite Schicht aus einem Keramikverbundmaterial in geeigneter Weise aufgetragen. Bevor diese zweite Schicht ausgehärtet ist, werden Siliziumkarbidelemente in die Schicht eingebracht, was beispielsweise durch Aufstreuen oder Einwalzen geschehen kann. Die Siliziumkarbidelemente sind nach dem Aushärten der zweiten Schicht dann so in bzw. an dieser Schicht angeordnet, dass sie teilweise die äußere Oberfläche der zweiten Schicht nach außen durchragen.

Die innenliegende und bereits abgetrocknete erste Schicht verhindert dabei in vorteilhafter Weise, dass die eingebrachten Siliziumkarbidelemente unmittelbar mit der Mantelfläche des Stahlrohres in Berührung kommen und diese beschädigen. Die anschließend aufgetragene zweite Schicht wird dagegen von den Siliziumkarbidelementen teilweise durchdrungen und gibt ihnen den erforderlichen Halt.

Da Siliziumkarbid sehr hart und widerstandsfähig ist, bildet es mit dem Keramikverbundmaterial der zweiten Schicht ein äußerst robustes und verschleißarmes Profil für die darauf laufenden Kraftfahrzeugräder. Die zweite, äußere Schicht hat vorteilhafterweise eine Dicke von ebenfalls ca. 200 &mgr;&idiagr;&eegr;, wobei, wie gesagt, einzelne Siliziumkarbidelemente über dieses Maß hinaus durch die Oberfläche der zweiten Schicht hindurchragen können.

Die Betrachtungsweise im Sinne von "zwei" Schichten rührt dabei daher, dass es einen radial gesehen äußeren Bereich der Prüfrolle gibt, welcher mit Siliziumkarbidelementen versehen ist, während ein innerer Bereich ohne diese Elemente vorgesehen ist. In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung bestehen die beiden Schichten grundsätzlich jedoch aus dem gleichen Trägermaterial, welches ein Keramikverbundmaterial ist. In einer vom Herstellungsablauf losgelösten Betrachtung können die beiden nacheinander aufgebrachten Schichten daher insgesamt auch als "eine" Schicht gesehen werden, da sie hinsichtlich ihrer Trägersubstanz nahtlos ineinander übergehen, und diese "eine" Schicht in ihrem äußeren Bereich zusätzlich Siliziumkarbidelemente aufweist.
Eine Oberfläche besitzt die erste Schicht dabei in dem Sinne, dass die zweite Schicht an die erste Schicht über diese Oberfläche angrenzt. Nach der Aushärtung beider Schichten muss diese Oberfläche keinen physikalischen Bestand mehr haben, wenn sich auf beiden Seiten der Oberfläche das gleiche Trägermaterial befindet. Sie dient dann lediglich als gedachte Abgrenzung zwischen zwei Schichten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die beiden auf die Mantelfläche der Prüfrolle aufgebrachten Schichten aus dem selben Keramikverbundmaterial. Dies vereinfacht die Herstellung und minimiert die Kosten.

Grundsätzlich sind jedoch auch verschiedene Typen von Keramikverbundmaterialien denkbar, welche für die eine oder andere Schicht eingesetzt werden können. Wie oben beschrieben ist für die innere erste Schicht besonders von Bedeutung, dass die in einer

darüber liegenden Schicht eingelagerten Siliziumkarbidelemente nicht durch diese erste Schicht hindurch auf die stählerne Oberfläche der Prüf rolle drücken und diese beschädigen können. Zu diesem Zweck könnte die erste Schicht auch aus einem gegenüber der zweiten Schicht härteren Keramikverbundmaterial hergestellt werden, wobei diese Schicht dann beispielsweise dünner als die zweite Schicht ausgeführt werden könnte.

Umgekehrt ist ebenso denkbar, die erste Schicht mit einem weicheren Verbundmaterial auszubilden, als für die zweite Schicht eingesetzt wird. Der Schutz der Mantelfläche der Stahlrolle könnte dann dadurch sichergestellt werden, dass die Schichtdicke der ersten Schicht in geeignetem Maße vergrößert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung auch aus einer einzigen - in einem Arbeitsgang aufgetragenen - Schicht bestehen. Dabei werden die Siliziumkarbidelemente so in den noch nicht ausgehärteten äußeren Bereich dieser einzigen Schicht eingebracht, dass ein ausreichend großer Abstand zur Manteloberfläche des Prüfrollenkerns eingehalten wird. So wird die Beschädigung der Mantelfläche durch die Siliziumkarbidelemente verhindert, indem die aushärtenden und dann schützende Schichtdicke zwischen den Siliziumkarbidelementen und der Rolle dich genug gewählt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehr als zwei Schichten vorgesehen, von denen wenigstens die äußerste mit Siliziumkarbidelementen durchsetzt ist. Auf diese Weise lassen sich Schichten mit unterschiedlichen Reibwerten, Härtegraden, Festigkeiten oder auch korrosionshemmenden Eigenschaften vorteilhaft kombinieren. Dadurch kann die Aufnahme der Siliziumkarbidelement vorteilhaft optimiert werden.

Denkbar ist beispielsweise eine erste Schicht für den Schutz der Rolle; eine darauf aufzutragende zweite Halteschicht für eine besonders gute Aufnahme und Fixierung der Siliziumkarbidelement und eine dritte, speziell für eine besonders gute Haftreibung mit

einem Fahrzeugreifen ausgebildete Haftschicht, wobei die Siliziumkarbidelemente aus der Halteschicht die Haftschicht durchdringen und/oder darüber hinausragen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Keramikverbundmaterial wenigstens einer - vorzugsweise der äußersten - Schicht mit einem geeigneten Farbton vermischt werden. Auf diese Weise kann der Prüfrolle vorteilhafterweise ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild verliehen werden, ohne die technischen Eigenschaften der besonders guten Haftreibung einzuschränken.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Keramikverbundmaterial wenigstens einer Schicht zumindest teilweise aus dem Produkt einer Reaktion eines Epoxid-Harzes mit einem aliphatischen Härtungsmittel, welches der Schicht eine vorteilhafte Beständigkeit und Haftreibung verleiht.

In einer Ausführungsform weist das Keramikverbundmaterial wenigstens einer Schicht eine Druckfestigkeit von mindestens 82 N/mm² und/oder eine Zugfestigkeit von mindestens 23 N/mm² und/oder einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von maximal 5 &khgr; 10⁵ 1/°C auf. Diese Eigenschaften wirken sich vorteilhaft auf die Beständigkeit der Schicht aus.

Die Beschichtung der erfindungsgemäßen Prüfrolle lässt sich vorteilhafterweise auch lokal leicht reparieren, so dass ein kompletter Austausch einer Rolle im Falle einer Beschädigung oder von Verschleiß nicht erforderlich ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Siliziumkarbidelemente eine Korngröße zwischen 200 &mgr;&pgr;&igr; und 300 &mgr;&idiagr;&eegr;. Diese Größe ermöglichst in besonders vorteilhafter Weise liegt gute Haft- und Verschleißeigenschaften der Beschichtung.

Die Prüfrolle mit der Beschichtung ist vorteilhafterweise für alle üblichen Radlasten geeignet. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rolle für eine Radlast von bis zu 10.000 kg ausgelegt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Rolle für eine Radlast von 10kg - 5000kg ausgelegt. In einer weiter zu bevorzugenden Ausführungsform ist die Rolle für eine Radlast von 100kg - 1000kg ausgelegt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Figurenbeispiels erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Rollen-Bremsenprüfstands;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Prüfrolle mit Beschichtung.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Fahrzeugreifen 3 auf einem Rollen-Bremsenprüfstand 5 angeordnet. Der Rollen-Bremsenprüfstand 5 weist zwei Prüfrollen 7 auf. Wenigstens eine der beiden Prüfrollen 7 ist über einen nicht näher dargestellten Antrieb antreibbar, so dass eine Rotationsbewegung der angetriebenen Prüfrolle 7 um ihre Achse eine Rotationsbewegung des mit der Prüfrolle 7 in Berührung befindlichen Fahrzeugreifens 3 erfolgen kann. Eine entsprechende Bewegung ist durch die in Fig. 1 mit zwei Pfeilen dargestellte Bewegungsrichtung verdeutlicht. Für die Übertragung eines Drehmoments von dem Fahrzeugreifen 3 auf eine Prüfrolle 7 oder umgekehrt ist eine möglichst gute Reibhaftung zwischen diesen erforderlich.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Prüfrolle 7. Die Prüfrolle 7 weist ein zylinderförmiges Rohr 9 auf, dessen Achse die Zeichenebene senkrecht durchstößt. Das Rohr 9 weist an seiner Außenseite eine Mantelfläche 10 auf. Auf die Mantelfläche 10 ist eine erste Schicht 13 aufgebracht. Die erste Schicht 13 hat eine erste Dicke

11, in der sie das Rohr 9 gleichmäßig umgibt. An ihrer dem Rohr ab gewandten Seite bildet die erste Schicht 13 eine erste Oberfläche 18 aus. Aufgrund der im Wesentlichen konstanten ersten Dicke 11 nimmt die erste Oberfläche 18 im Wesentlichen die Form eines konzentrisch um das Rohr 9 angeordneten Zylinders an.

Auf der ersten Oberfläche 18 ist eine zweite Schicht 14 angeordnet. Die zweite Schicht 14 hat eine im Wesentlichen konstante zweite Dicke 12, mit der sie die erste Schicht 13 vollständig umhüllt. Auf ihrer der ersten Oberfläche abgewandten Seite bildet die zweite Schicht 14 eine zweite Oberfläche 19 aus. Aufgrund der im Wesentlichen konstanten zweiten Dicke 12 nimmt die zweite Oberfläche 19 die Form eines im Wesentlichen konzentrisch um das Rohr 9 und die erste Schicht 13 angeordneten Zylinders an.

In die zweite Schicht 14 sind Siliziumkarbidelemente 16 eingebracht. Wie Fig. 2 erkennen lässt, sind einige der Siliziumkarbidelemente vollständig zwischen der ersten Oberfläche 18 und der zweiten Oberfläche 19 angeordnet; einige Siliziumkarbidelemente 16 ragen jedoch aus der zweiten Schicht 14 durch die zweite Oberfläche 19 hinaus nach außen.

Insbesondere die erste und die zweite Schichtdicke 11 und 12 sowie die Siliziumkarbidelemente 16 sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu dargestellt.

Wie weiterhin aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind keine Siliziumkarbidelemente in der ersten Schicht 13 angeordnet. Vielmehr übernimmt diese erste Schicht 13 hier die Funktion, das Eindringen von Siliziumkarbidelementen 16 aus der zweiten Schicht 14 in die erste Schicht 13 zu verhindern, um eine möglicherweise folgende Berührung und Beschädigung der Mantelfläche 10 durch die Siliziumkarbidelemente 16 zu vermeiden.

Die erste Schichtdicke 11 und die zweite Schichtdicke 12 betragen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils 200 &mgr;&idiagr;&eegr;. Die in der zweiten Schicht 14 angeordneten SiIi-

• · · 4

ziumkarbidelemente 16 ragen dabei teilweise über die durch die zweite Schichtdicke 12 definierte zweite Oberfläche 19 um ca. 60 pm hinaus.

Claims (6)

1. Prüfrolle eines einen Rollen-Bremsenprüfstands für Kraftfahrzeuge,

a) mit wenigstens einem zylindrischen Rohr zur Beaufschlagung mit einer Bremskraft eines Fahrzeuges, wobei

b) eine äußere Mantelfläche des wenigstens einen Rohres eine Beschichtung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung

a) eine auf der äußeren Mantelfläche aufgetragene erste Schicht aus einem Keramikverbundmaterial aufweist, welche eine erste Schichtdicke besitzt und im radialen Abstand dieser ersten Schichtdicke von der Mantelfläche eine erste äußere Oberfläche besitzt, und

b) eine auf ersten äußeren Oberfläche aufgetragene zweite Schicht aus einem Gemisch aus einem Keramikverbundmaterial und Siliziumkarbidelementen aufweist, welche eine zweite Schichtdicke besitzt und im radialen Abstand dieser zweiten Schichtdicke von der ersten äußeren Oberfläche eine zweite äußere Oberfläche besitzt.

2. Prüfrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumkarbidelemente der zweiten Schicht die zweite Oberfläche um ein Maß durchragen.

3. Prüfrolle nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikverbundmaterial wenigstens einer Schicht zumindest teilweise aus dem Produkt einer Reaktion eines Epoxid-Harzes mit einem aliphatischen Härtungsmittel besteht.

4. Prüfrolle nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Schichtdicke weniger als 250 µm beträgt.

5. Prüfrolle nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikverbundmaterial wenigstens einer Schicht eine Druckfestigkeit von mindestens 82 N/mm² und/oder eine Zugfestigkeit von mindestens 23 N/mm² und/oder einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von maximal 5 × 10^-5 1/°C aufweist.

6. Prüfrolle nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der Siliziumkarbidelemente im Wesentlichen zwischen 200 µm und 300 µm liegt.