DE2553358A1

DE2553358A1 - Vorrichtung zum messen von reibung zwischen rad und unterlage

Info

Publication number: DE2553358A1
Application number: DE19752553358
Authority: DE
Inventors: Boerje Gunnar Arne Loennroth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-09-09
Also published as: CH597597A5; US4050290A

Description

Vorrichtung zum Messen von Reibung zwischen Rad und Unterlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Reibung zwischen Rad und Unterlage, z.B. einer Straßendecke oder dem Belag einer Landebahn für Flugzeuge.

Bei vorbekannten Vorrichtungen dieser Art mißt man durch Reibung entstandene Kräfte an einem oder mehreren, längs der Unterlage bewegten Rädern. Um meßbare Kräfte zu erhalten, ist es vorbekannt , entweder ein Rad unterbrechend zur Verriegelung zu bremsen oder die Rotationsgeschwindigkeit eines Rades zwangsweise so zu begrenzen, daß dessen Umfangsgeschwindigkeit auf eine vorbestimmte Weise niedriger als die Fortbewegungsgeschwindigkeit ist. Gemäß einer anderen bekannten Vorrichtung wendet man ein oder zwei Räder mit einer leichten Schrägstellung zur Unterlage an, wobei man die Kraft mißt, die zur Beibehaltung der Orientierung des Rades oder der Räder in Beziehung zur Fortbewegungsrichtung erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung basiert, wie bei der letztgenannten Vorrichtung, auf der Bewegung eines oder mehrerer Räder mit leichter Schrägstellung zur Fortbewegungsrichtung. Eine Vorrichtung nach der Erfindung ist jedoch, unterschiedlich zu den vorbekannten Vorrichtungen, so ausgebildet, daß die Reibung bei Bewegung der Räder in einem meßbaren drehenden Moment um eine

60983 7/0273

::553358

Linie resultiert, die im wesentlichen quer zur Fortbewegungsrichtung und im wesentlichen parallel mit einer Linie durch die Mittelpunkte der Räder läuft oder sich mit dieser deckt. Das Moment entsteht an den Aufhängungsvorrichtungen der Räder und/ oder einem sie verbindenden Mittel und wird dort gemessen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung nach der Erfindung so ausgebildet, daß das Moment im wesentlichen proportional zur Reibung ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Aufhängung der Räder so ausgebildet, daß die Orientierung der Drehachsenlinien der Räder zwischen einer Transportlage, in der genanntes Moment im wesentlichen minimal ist, und einer Meßlage, in der genanntes Moment im wesentlichen maximal ist, synchron geändert werden kann.

In einer dritten Aus führungs form besteht die Vorrichtung aus zwei Rädern, die an je einem schrägstehenden Achszapfen einer tragenden Achse eines Anhängers aufgehängt sind, und das drehende Moment wird an der Achse gemessen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erörtert und beschrieben, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen für das Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile deutlichkeitshalber ausgelassen sind.

Fig. 1 und 2 veranschaulichen das Grundprinzip für eine Vorrichtung mit zwei Rädern gem. der Erfindung. Fig. 3 und 4 zeigen mehr vervollständigt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung. Fig. 5 zeigt verschiedene Orientierungslagen für eine Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit Drehmitteln zum Drehen einer solchen Achse zwischen einer Transportlage und einer Meßlage.

609837/0273

ORIGINAL INSPECTED

Fig. 1 und 2 zeigen in Draufsicht bzw. Vorderansicht zwei Räder 1 und 2, die an einer Achse mit schrägstehenden Achszapfen so aufgehängt sind, daß jedes Rad um seine Drehachsenlinie 3 bzw. ^ rotieren, aber nicht längs dieser Linie bewegt werden kann. Wenn die Achse und die Räder unter Bewahrung der Orientierung gem. Fig. 1 in Richtung des Pfeiles, mit den Rädern gegen eine mit dem Papier plane Unterlage anliegend und auf ihr rollend, bewegt werden, entstehen in der Kontaktfläche zwischen der Unterlage und der Peripherie der Räder Kräfte, die durch die Reibung und Belastung der Räder verursacht werden. Durch Aufteilung der Komposanten usw. läßt sich zeigen, daß diese Kräfte im allgemeinen sowohl ein drehendes Moment an der Welle als auch Kräfte in Längs- und Querrichtung der Achse verursachen.

Wenn man zuerst einfachheitshalber annimmt, daß die Räder im wesentlichen gleich, unelastisch und um den betr. Mittelpunkt und die betr. Drehachsenlinie symmetrisch sind, daß die Drehachsenlinien gleichgroße Winkel c( mit einer in der Ebene des Papieres · liegenden Linie 5 bilden, und diese Linie im Mittelpunkt des betr. Rades schneiden, daß ferner die Räder eine gleichgroße-: Belastung tragen und quer zur Linie 5 bewegt werden, gleichen Ö±e in radialer und axialer Richtung der Achse entstandenen Kräfte einander im wesentlichen aus, und man erhält nur ein drehendes Moment 5 an der Achse, das proportional zu der Belastung der Räder und der Reibungskraft ist. Dieses Moment kann, wenn die Belastung bekannt ist, als Maß des Reibungskoeffizienten angewendet werden.

Es ist natürlich in der Praxis nicht möglich, eine Vorrichtung zu konstruieren, bei der' alle genannten Symmetriebedingungen usw. zutreffen. Durch elastische Verformung und Asymmetrie von Rädern, Achsen und Achszapfen sowie durch Lagerreibung usw. ergeben sich in der Praxis stets größere oder kleinere Abweichungen von einem genauen proportionalen Verhältnis zwischen drehendem Moment und Reibungskoeffizient. Es ist jedoch möglich, durch geeignete Materialwahl, Bemessungen und Konstruktionen, ein meßbares dre-

6 0 9 8 3 7/0273

⁰^iNA INSPECTED

55 3 3 S

hendes Moment zu erhalten, das ein für praktischen Gebrauch ausreichend genaues Maß des Reibungskoeffizienten beim Rollen der Räder auf der Unterlage ist.

Nach den Gesetzen der Mechanik besteht zwischen den von einer Kraft erzeugten drehenden Momenten um zwei parallele Linien ein lineares Verhältnis. Das drehende Moment bei einer Vorrichtung gem. Fig. 1-2 braucht deshalb nicht notwendigerweise um die Linie 5, sondern kann um eine andere, mit der Linie 5 parallele Linie gemessen werden, wenn man aus berechnungstechnischen Gründer.anstelle eines direkt proportionalen Verhältnisses zwischen Moment und Reibungskoeffizient ein nur lineares Verhältnis gutheißen kann. Dies ist aus zumindest drei Gründen wesentlich. Erstens sind in der Praxis die geometrischen Mittelpunkte und eine Linie durch sie keine eindeutigen, klar definierten Größen, weil sie sich mit dem Verschleiß und der elastischen Verformung der Räder ändern. Zweitens können die Räder, aufgrund wechselnder elastischer Verformung usw., leicht eine solche Form annehmen, daß reibungsunabhängige Kräfte von der Unterlage an den Rädern, die z.B. durch das Gewicht, mit dem die Räder auf der Unterlage ruhen, Verursacht sind, in der Praxis ein drehendes Moment um die Linie 5 ausüben. Es wird dann ein lineares, aber nicht proportionales Verhältnis zwischen dem Reibungskoeffizienten und dem gesamten drehenden Moment um die Linie erhalten. Drittens kann es aus meßtechnischen Gründen zweckmäßiger sein, das drehende Moment um eine andere Linie als die durch die Mittelpunkte der Räder zu messen.

Um die Räder und die Achse in Fig. 1 unter Bewahrung der Orientierung in Richtung des Pfeiles längs der Unterlage zu bewegen, lassen sich mehrere Anordnungen denken. Eine Alternative ist die Montage der Achse hinter der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges , z.B. eines Lastwagens. Die Achse mit Rädern wird dann zweckmäßig so angeordnet, daß sie heb- und senkbar ist, und die Räder nur dann gegen die Unterlage anliegen, wenn Messung erfolgen soll. Es ist allgemein bekannt, Lastwagen mit rückwärts liegenden, mit Rädern versehenen Achsen zu versehen, die so heb- und senkbar sind, daß die Räder an der Achse nur dann auf der

·.= '^{: :j} * -Γ/ / Ο 2 7 3 ORIGiNAU JNSPECTED

. . S 3 3 ^Γ-. 8

Straßendecke ruhen, wenn es gewünscht wird. Es dürfte deshalb nicht notwendig sein, zu beschreiben, wie die Achse mit Rädern gem. Fig. 1 an einem Lastwagen o.dgl. montiert werden kann. Es wird anstelle dessen unter Bezugnahme auf Fig. 3-4 eine andere Alternative beschrieben, bei der die Achse mit Rädern gem. Fig. 1 an einem Anhänger montiert wurde.

Fig. 3-4 zeigen in Seitenansicht bzw. Draufsicht eine Vorrichtung nach der Erfindung, die auf dem in Fig. 1-2 veranschaulichten Grundprinzip basiert. Die Vorrichtung besteht aus zwei Rädern 1 und 2, die an je einem Achszapfen 7 bzw. 8 einer tragenden Achse 6 aufgehängt sind. Die Achszapfen sind, wie am deutlichsten in Fig. 4 zu sehen ist, in Beziehung zu der tragenden Achse etwas schräggestellt und so angeordnet und orientiert, daß deren Mittellinien im wesentlichen in derselben Ebene liegen und die Mittellinie der tragenden Achse unter Bildung von im wesentlichen gleichgroßen Winkeln £)( schneiden. Diese Winkel haben die Größenordnung 6-8°, sind aber aus Gründen der Deutlichkeit in der Fig.. übertrieben. Die tragende Achse ist in Lagerungsanordnungen 9 und 10 zum Tragen einer nicht abgefederten Konstruktion 11 angeordnet. Zur Messung des drehenden Momentes an der tragenden Achse um deren Mittellinie ist die Achse mit einem Vorsprung oder einem Hebel 12, und die nicht abgefederte Konstruktion ist mit einem in einer Aufhängungsanordnung 14 angeordneten Kraftgeber 13 versehen. Eine abgefederte Belastung 15 mit Zugstange 16 ist mit der nicht abgefederten Konstruktion über Spurstangen 17 und im wesentlichen vertikal angeordnete Federn 18 verbunden. Bei Messung der Reibung wird die Vorrichtung gem. Fig. 3-4 mit der Zugstange an ein Zugfahrzeug gekuppelt und längs einer Autostraße oder einer Landebahn für Flugzeuge nach links bewegt. Die Räder sind somit in Beziehung zur Fortbewegungsrichtung gem. Fig. 3-4 nach innen gekehrt angeordnet, können aber im Rahmen der Erfindung anstelle dessen entsprechend Fig. 1-2 nach außen gekehrt angeordnet sein.

Es sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Variationen der beschriebenen Vorrichtung gem. Fig. 3-4 möglich. Die im Zusammen-

"v·: ;■■,;:,■ 608837/0273 original inspected

hang mit Fig. 1-2 erörterten Synunetriebedxngungen brauchen natürlich nicht exakt erfüllt zu sein, und vor allem brauchen die Drehachsenlinien der Räder nicht notwendigerweise in genau derselben Ebene zu liegen oder die Linie durch die Mittelpunkte der Räder unter Bildung genau gleichgroßer Winkel zu schneiden. Der Winkel o< braucht nicht 6-8°.zu sein, sondern kann, je nach Rädern, Unterlage und Anwendungsgebiet der Vorrichtung, zwischen etwa 2° und etwa 20° betragen.

Die Messung des drehenden Momentes kann natürlich auf andere Weise als durch Messung einer zu ihm proportionalen Kraft gem. Fig. 3-4 erfolgen. Wenn ein im wesentlichen direkt proportionales Verhältnis zwischen drehendem Moment um eine Linie und dem Rexbungskoeffizxenten gewünscht wird, muß die Lage der Räder längs den Drehachsenlinien so gewählt werden, daß von der Reibung unabhängige Kräfte, z.B_k der Schwere der Vorrichtung entgegenwirkende Normalkräfte auf die Räder von der Unterlage, zusammen kein nennenswertes drehendes.Moment um die Linie ausüben. Bei Anwendung von elastisch verformbaren Rädern und/oder Rädern, die die Symmetrieannahmen in einer Vorrichtung gem. Fig. 3-4 nicht erfüllen, bedeutet dies, daß die Mittellinie der tragenden Achse die Drehachsenlinien der Räder nicht genau in den Mittelpunkten der Räder zu schneiden braucht.

Zur Erklärung des Grundprinzipes für eine Aus füh rungs form der Erfindung wurde in Fig. 1 eine Radaufhängungsanordnung in Form einer Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen angewendet. Bei einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht absolut notwendig, zwei Räder zu haben, die an je einem Achszapfen einer gemeinsamen Achse gem. Fig. 1-2 aufgehängt sind. Die Anzahl der zur Erzeugung eines drehenden Momentes angewendeten Räder kann höher oder niedriger als zwei sein, und bei Anwendung von zwei Rädern kann man andere Aufhängungsanordnungen anwenden. Die Hauptsache ist, daß die Aufhängungsanordnungen von solcher Art sind, daß die Räder jeweils um ihre Drehachsenlinie rotieren, aber nicht längs derselben bewegt werden

609837/0273 ORIGINAL INSPECTED

können, und unter Bewahrung der Orientierung gem. Fig. 1 oder 4 oder 5 längs der Unterlage bewegt werden und ein meßbares drehendes Moment um eine Linie im wesentlichen quer zu der Fortbewegungsrichtung und im wesentlichen parallel zur Unterlage übertragen können. Anstelle einer Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen würde man bei einer Vorrichtung im übrigen gem. Fig. 3-4 zwei parallele Achsen mit je einem schrägstehenden Achszapfen haben können. Dabei muß natürlich die Befestigung (Teil 9 und 10) der Achsen für Aufnahme von Kräften in Längsund Querrichtung der Achsen ergänzt werden, ohne daß die zu messenden drehenden Momente nennenswert beeinflußt werden.V/enn die Aufhängungsanordnungen der Räder nicht starr miteinander verbunden sind, kann man anstelle einer gemeinsamen Meßvorrichtung für das drehende Moment gem. Fig. 3-4 zwei Meßvorrichtungen haben, die jeweils das drehende Moment an der betreffenden Radaufhängungsanordnung messen,und dann die Meßergebnisse addieren.

Es wurden bisher nur Vorrichtungen mit zwei Rädern erörtert. In einer denkbaren Ausführungsform der Erfindung wird nur ein Rad angewendet, das an einem schrägstehenden Achszapfen an einer Achse aufgehängt ist. Die Vorrichtung ist also im wesentlichen die Hälfte der in Fig. 1-2 gezeigten. Eine solche Vorrichtung könnte mit dem Rad in der Hinterachslinie eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein und entweder zwischen den Hinterrädern oder außerhalb eines der Hinterräder liegen. Auch in diesem Fall muß natürlich die Befestigung der Achse für Aufnahme von Kräften in Längs- und Querrichtung der Achse ausgebildet werden, ohne daß das zu messende drehende Moment nennenswert beeinflußt wird.

Es ist im Prinzip möglich, mehr als zwei Räder, z.B. vier, anzuwenden, um ein drehendes Moment für Reibungsmessung zu erzeugen. Die aus mehreren Gründen zu bevorzugenden Ausführungsformen bauen jedoch auf der Anwendung von zwei Rädern und einer Aufhängungsanordnung auf, die eine Achse mit zwei schrägstehenden Achszaofen aufweist.

ORIGINALiNSPECTED

Ungeachtet der Anzahl Räder, die gem. der Erfindung zur Erzeugung eines drehenden Momentes um eine Linie angewendet wird, die im wesentlichen quer zur Fortbewegungsrichtung und parallel mit der Unterlage ist, ist in einer¹ bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung mit einem Mittel zum Drehen der Drehachsenrichtung für jedes Rad zwischen einer oder mehreren Meßlagen und einer oder mehreren Transportlagen versehen. Für eine Vorrichtung auf der Basis von einer Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen zeigen Fig. 1 un-.i 5c Meßlagen mit nach außen gekehrten Achszapfen und Fig. 4 und 5a Meßlagen mit nach, innen gekehrten Achszapfen, während Fig. 5b eine Transportlage mit negativem Sturzwinkel und Fig. 5d eine Transportlage mit positivem Sturzwinkel zeigen. Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, daß ungeachtet der Anzahl für Erzeugung des meßbaren drehenden Momentes angewendeter Räder auch andere Orientierungslagen für die betreffende Drehachsenrichtung in Beziehung zur Fortbewegungsrichtung als die in Fig. 1-5 gezeigten angewendet werden können. Die gezeigten Orientierungslagen sind jedoch zu bevorzugen, da sie ein maximales Moment bei Messung und ein minimales Moment bei Transport ergeben. Ein Vorteil der Drehmöglichkeit zwischen verschiedenen Meßlagen und Transportlagen liegt darin, daß der Verschleiß der Räder zu einem wesentlichen Teil zwischen verschiedenen Teilen der Laufdecke der Räder bei Messung verlegt, und der Verschleiß bei Transport wesentlich vermindert werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einem Mittel für synchrones Drehen der Drehachsenlinien für zwei Räder, wo die Radaufhängungsanordnung eine Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen gem. Fig. 1-5 einschließt. Eine ausführliche Beschreibung von Fig. 6 dürfte nicht notwendig sein, sondern es dürfte der Hinweis genügen, daß die feste Aufhängungsanordnung 14 in Fig. 3-4 durch eine bewegliche Aufhängungsanordnung für den Kraftgeber 13 ersetzt wurde. Wenn sich die Lage für die Aufhängungsanordnung 19 mittels der Hydraulikeinrichtung 20,21 verändert, wird die Bewegung durch den Kraftgeber 13 über den Vorsprung zur Achse 6 übertragen.

ORIGINAL INSPECTED

: · ■ b (Ί'-! « 3 7 / Π 2 7 3

Wenn bei Reibungsmessung gem. der Erfindung eine andere Anzahl Räder als zwei oder eine andere Radaufhängungsanordnung als eine Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen angewendet werden, muß das Mittel zum Drehen der Drehachsenrxchtungen natürlich dementsprechend angepaßt werden. Wie das Mittel genau ausgebildet ist, ist jedoch für die vorliegende Erfindung unwesentlich. Die Hauptsache ist, daß die Drehachsenrichtungen bei Anwendung von mehr als einem Rad zur Erzeugung des meßbaren drehenden Momentes synchron gedreht werden.

609837/0273 ORIGINAL INSPECTED

Claims

- 10 - Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Messung von Reibung zwischen Rad und Unterlage, bestehend aus einem Rad mit einer Radaufhängungs anordnung, die das Drehen des Rades um eine Drehachsenlinie zuläßt, sowie Mitteln zur Bewegung des auf der Unterlage rollenden und zur Bewegungsrichtung etwas schräggestellten Rades, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufhängungs anordnung einen Teil hat, der um eine im wesentlichen horizontale und zur Bewegungsrichtung im wesentlichen rechtwinklige Linie, die mit genannter Drehachsenlinie nicht parallel ist, drehbar ist, daß die Radaufhängungsanordnung so ausgebildet ist, daß die bei Bewegung des Rades in der Kontaktfläche zwischen dem Rad und der Unterlage entstehenden Kräfte in einem meßbaren drehenden Moment an genanntem Teil resultieren, und daß Meßmi'ttel zur Messung genannten Momentes angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Räder enthält, die so aufgehängt sind, daß sie um je ihre Drehachsenlinie rotieren können, die im wesentlichen gleich große Winkel mit der Bewegungsrichtung bilden.

Λ J

609837/0273 ORIGINAL

5533^3

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängungsanordnungen der Räder einen gemeinsamen drehbaren Teil haben, an dem das bei der Bewegung entstehende drehende Moment gemessen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3_t dadurch gekennzeichnet, daß die Linie, um die der Teil der Radaufhängungsanordnung drehbar ist, in Beziehung zu dem Rad/den Rädern und dessen/deren Drehachsenlinie(n) so orientiert ist, daß dem Gewicht der Vorrichtung entgegenwirkende Normalkräfte am Rad/an den Rädern kein wesentliches drehendes Moment um die Linie auf den drehbaren Teil ausüben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Räder an einer gemeinsamen Achse mit zwei schrägstehenden Achszapfen aufgehängt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Drehmittel zum Drehen der Drehachsenlinie (n) des Rades/der Räder in Beziehung zu der Linie, um die das drehende Moment gemessen wird, enthält.

Γ//Π273 ORIGINAL INSPECTED

Leerseite