DE3010315A1

DE3010315A1 - Maschine zur optimierung des laufverhaltens von reifen bzw. raedern

Info

Publication number: DE3010315A1
Application number: DE19803010315
Authority: DE
Inventors: Rainer 6073 Egelsbach Jarschel
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1981-09-24
Also published as: US4366707A; JPS56130633A

Description

Maschine zur Optimierung des LaufVerhaltens von Reifen bzw. Rädern

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Optimierung des Laufverhaltens von Reifen bzw. Rädern nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2.

Derartige Maschinen sind als kraftmessende Auswuchtmaschinan allgemeiner Stand der Technik. Hierbei kann die Multiplikation der Ausgangssignale von Schwingungsaufnehmer und WinkellagBngeber beispielsweise in bekannter Weise wattmetrisch erfolgen. Ebensogut ist jedoch eine Multiplikation mittels einer elektronischen Multipliziervorrichtung möglich. Kraftmes8ende Auswuchtmaschinen bestimmen die Unwucht eines Reifens bei einer bestimmten mittleren Geschwindigkeit (Größenordnung etwa 50 km/h). Durch die Multiplikation der Ausgangssignale der Schwingungsaufnehmer und des Winkellagengebers werden Störungen, also Kräfte die nicht die Umlaufsfrequenz des Reifens haben, ausgeschaltet.

Andererseits ist aus der US-PS 3 527 103 eine Maschine zur Messung dar Gleichförmigkait von Reifen bekannt. Dabei wird so vorgegangen, daB bei einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit aus den gemessenen Kraftschwankungen für die gewünschte Harmonische die Fouriarkoeffizienten und damit Größe und Phasenlage der Abweichung bestimmt werden. Darauf kann durch Abtragen bzw. Auftragen von Gummi auf den Reifen die Federsteifigkeit das Reifens korrigiert werden. Auf Grund des Aufbaus der Maschine muB diB Meßgeschwindigkeit konstant sein, weiterhin muß für sine einigermaßen genaue Anzeige insbesondre des Phasenwinkels die Meßgeschwindigkeit niedrig sein. Darüberhinaus ist es aus ATZ 1975, 2, Seite 46 bis 49 bekannt, eine Maschine zur Bestimmung der Gleichförmigkeiten eines Reifens zu bauen, bei der die Kraftschwankungen bsi vorgebbaran Umlaufwinkeln des Reifens bestimmt und in einem Computer gespeichert warden. Aus den digitalisierten Werten werden dann

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die Fourierkoeffizienten der ersten bzw. höheren Harmonischen berechnet. Diese Maschine ist im Gegensatz zur vorgenannten Einrichtung zwar hochgenau, sie ist wirtschaftlich jedoch nur so herstellbar, daß nur relativ niedrige Meßgeschwindigkeiten möglich sind.

Niedrige Umfangsgeschwindigkeiten sind insbesondere deswegen nachteilig, da sich bei höheren Geschwindigkeiten infolge der Inhomogenitäten des Reifengummis die Ungleichfärmigkeit und die Unwucht des Reifens ändern.

Demj^enüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in technisch und wirtschaftlich einfacher Weise die das Laufverhalten des Reifens bestimmenden Meßwerte auch bei höheren Geschwindigkeiten zu gewinnen. Eine Unteraufgabe der Erfindung ist as, die Ungleichförmigkeit von Reifen in technisch und wirtschaftlich einfacher Weise auch bei höheren Geschwindigkeiten zu bestimmen.

Die Aufgabe wird erfindungsgsmäB durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, daß für die zu bestimmenden Meßwerte der Reifen in eirar Maschine und damit auf der Reifenaufnahme verbleibt. Dadurch entfallen Fehler, die durch die unvermeidlichen Toleranzen beim Wechsel der Maschine bzw. der Reifenaufnähme hervorgerufen werden, da insbesondere bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten des Reifens diese Fehler zu Schwierigkeiten führen. Die Lösung der Unteraufgabe kann Brfindüngsgemäß auch durch das Kennzeichen des Anspruchs 2 verwirklicht werden. Die Erfindung ermöglicht-es, das Laufverhalten von Reifen und Rädern auch bei höheren Geschwindigkeiten zu optimieren, so daß in dem dBn Kunden interessierenden Geschwindigkeitsbereich eine erhebliche Verbesserung des Laufverhaltens des Reifens feststellbar ist.

an/

Die vorgebbare Kraft, mit dBr der Reifen gegen die Trommel gedrückt wird, ist zweckmäßigerweise mit einem Kraftaufnehmer meßbar. Falls höhere Harmonische als die erste gemessen werden sollen, ist es zweckmäßig, wenn die Frequenz dBS Ausgangssignals

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des Winkellagsngebers vervielfachbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nicht, wie bisher üblich, zunächst die Unwucht getrennt durch Ausgleichsgewichte ausgeglichen wird und anschließend die Radialkraftschwankungen bzw. Lateralkraftschwankungen durch Schleifen der Reifenschultern beseitigt werden, sondern wenn alle bei einer Geschwindigkeit gemessenen Abweichungen vom idealen Reifen lediglich durch Ausgleichsgewichte kompensierbar sind.

Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigens

Fig. 1 eine Maschine mit horizontaler Reifenlagerung, bei der der Reifen mit der Schwingbrücke verbindbar ist,'

Fig. 2 eine Maschine mit vertikaler Reifenlagerung,

bei der die Trommel mit der Schwingbrücke verbindbar ist.

In Fig. 1 befindet sich im Gehäuse 1 vorzugsweise eins Gleichstrommaschine (siehe auch Fig. 2j Nr. 30), die in der Fig. nicht dargestellt ist, die über ein ebenfalls nicht gezeigtes Getriebe mit einer Spindel 2 verbunden ist. Die Spindel 2 ist formschlüssig mit einem ebenfalls im Gehäuse 1 angeordneten und daher in der Figur nicht dargestellten Winkellagengeber (siehe auch Fig. 2» Nr. 3) verbunden, ebenso mit einer Winkelstieibe 4. Die Winkelscheibe 4 dient der Übertragung der Meßwerte vom Meßgerät auf die Spindel 2 bzw. den Reifen 6. Am freien Ende der Spindel 2 ist über einen AufnehmBrf laisch 5 der Reifen 6 befestigt. Die Spindel 2 ist über die Stahlager 7 und θ mit der Schwingbrücke 9 verbunden, die sich über steife. Blattfedern 29 auf dem Unterbau 10 abstützen. An der Schwingbrücke 9 und dem Unterbau 10 sind Schwingungsaufnehmer 11 und 12 derart befestigt, daß sie die Schwingungen zwischen beiden Bauteilen aufnehmen können. Die Schwingungsaufnehmer können beispielsweise Schwinggeschwindigkeitsaufnehmer oder Piezo-Kraftaufnehmer sein. Die Ausgangssignale des Winkellagengebers

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und der Schwingungsaufnehmer 11 und 12 werden einem Auswerte- und Anzeigegerät 13 zugeführt, das die Ausgangssignale für jeden Schwingjngsaufnehmer getrennt multipliziert und je einer Anzeigevorrichtung für Größe und Winkel zuführt, beispielsweise den Vektormessern 14 und 15.

Die bisher beschriebenen Teile der Maschine sind im Stand der Technik als kraftmessaide Auswuchtmaschine bekannt. Setzt die Gleichstrommaschine die Reifen 6 in Bewegung, werden die Unwuchten des Reifens 6 eine Fliehkraft erzeugen, die von der Unwucht (Dimension zBg cm) mal dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit abhängen. Da ein derartiges Gaät lediglich die Unwucht anzeigen soll, ist die Abhängigkeit der Anzeige von der Rotationsgeschwindigkeit unerwünscht. Diese Abhängigkeit wird durch doppelte Integration über die Zeit korrigiert, so daß die Anzeigs lediglich die Unwuchtwerte angibt.

Nach Vorliegen der Unwuchtwerte nach Größe und Winkel kann der Reifen beispielsweise durch Anbringen von Ausgleichsgewichten ausgewuchtet werden.

Anschließend wird βrfindungsgemäß aine über Lager 19 mit einem Stander 18 verbundene Trommel 20 mit Hilfe eines Antriebsmotors 16 oder eines Hydraulikzylinders so lange gegen den Reifen 6 bewegt, bis sie mit einer vorgebbaran Kraft gegen den Reifen 6 drückt. Diese Kraft wird über Kraftaufnehmer 17 gemessen. Wird nun der ausgewuchtete Reifen B von der Gleichstrommaschine in Drehung versetzt, bewirken Ungleichförmigkeitsn im Reifen Veränderungen der Radialkraft bzw. Lateralkraft des Reifens, die vergleichbar mit einer statischen bzw. dynamischen Unwucht mit den Schwingungsaufnehmern 11 und 12 als Schwingungen der Schwingbrücke 9 gegen den Unterbau 10 bestimmt werden können. Im Gegensatz zur Unwucht, die über die Fliehkraft bestimmt wird, welche vom Quadrat der Rotationsgeschwindigksit abhängig ist, wird die Ungleichförmigkeit direkt als Kraft gemessen, wobei diese unabhängig von der Rotationsgsschwindigkeit ist. Demgemäß muß bsi der Auswertung der Ungleichförmigkeit dia zur Bestimmung der Unwucht benötigte

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doppelte Integration über der Zeit durch Umlegen eines Umschalters 24 ausgeschaltet werden. Da die Multiplikation der Ausgangssignale der Schwingungsaufnehmer und des Winkellagengiiers von Natur aus die erste Harmonische der an den Lagern und 8 auftretenden Kräfte - hier also der Schwankungen der Gleichförmigkeit - mit großer Genauigkeit auch bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten bestimmen kann, kann mit dieser Maschine die erste Harmonische der Gleichförmigkeitsschwankungen auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten, wie sie sonst nur beim Auswuchten erreichbar sind, bestimmt werden. Durch Vervielfachen der Frequenz des Ausgangssignals des Winkellagengebers sind in einfacher Weise auch die Harmonischen höherer Ordnung meßbar. Durch in den Figuren nicht gezeigte Hilfseinrichtungen - beispielsweise eine Schleifeinrichtung kann die Gleichförmigkeit des Reifens beispielsweise durch Abschleifen der Reifenflanken verbessert werden.

DesweiterBn ermöglicht die Maschine sowohl den Konus- als auch den Winkeleffekt der Reifen zu messen. Hirbei werden z.B. mittels dBr vorhandenen Kraftaufnehmer oder über die mit Dehnungsmeßstreifen (40) applizierten Federn, z.B. Blattfedern (29), die statischen Seitenkräfte des Reifens im links- bzw. Rechtslauf gemessen und die Größe des Konus- bzw. Winkeleffekts in an sich bekannter Weise berechnet.

Die Erfindung ermöglicht es also, mit einer einzigen Maschine die Unwucht, die Radialkraftschwankungen und die Lateral kra-ftschwankungsn sowie Konizität und Winksleffekt eines Reifens zu bestimmen und in an.sich bekannter Weise zu korrigieren.

Desweitsren besteht die Möglichkeit komplette Räder, bestehend aus Felgen mit Reifen zu optimieren. Dies ist ganz besonders interessant wenn man die Möglichkeit ausnützt mit eins* Messung und einer Korrekturhandlung die eben genannten, das Laufverhalten eines Rades negativ beeinflussenden Größen zu korrigieren. Dazu wird der Umschalter 24 auf die zur Messung der Unwucht benötigte Stellung umgBlegt. Ein nicht ausgewuchtetes Rad wird über den Aufnahmeflansch 5 mit der

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Spindel 2 verbunden. Die Trommel 20 wird mit einer vorgebbaren Kraft gegen den Reifen 6 gedrückt und das Rad wird über die Gleichstrommaschine in Rotation versetzt, wobei zweckmäßigerweisB eine Rotationsgeschwindigkeit gewählt wird, die einsr höheren Fahrgeschwindigkeit eines Kraftwagens entspricht. Die unwuchtbedingten Fliehkräfte von Reifen und Felge bei der vorgebbaren Geschwindigkeit und diB infolge mangelhafter Gleichförmigkeit bei dieser Geschwindigkeit auftretenden KräftB überlagern sich nun und werden als "Unwucht" angezeigt. Die angezeigte "Unwucht" läßt sich durch Ausgleichsgewichte in an sich bekannter Weise in zwei Ebenen kompensieren. Auf diBse Weise sind zwar' weder die Unwucht noch die infolge mangelhafter Gleichförmigkeit auftretenden Kräfte theoretisti exakt kompensiert, lediglich bsi einer Fahrgeschwindigkeit des Reifens, die gleich ist mit der Prüfgeschwindigkeit, doch sind am montierten Reifen sämtliche in Richtung der Radlast und der KraftfahrzBugachsB auftretenden resultierenden Kräfte durch die Ausgleichsgewichte kompensiert. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß überraschenderweise auch bei Geschwindigkeiten, die von dar Prüfgsschwindigksit des Reifens abweichen das Fahrverhalten des Reifens auch bei erheblich von dsr Prüfgeschwindigkeit abweichenden Geschwindigkeiten ganz hervorragend ist, so daß weitere Bearbeitungen dBS Reifens zur Optimierung des LaufVerhaltens entfallen können. Diese mit der srfindungsgemäßen Maschine das erste Mal gegebene Möglichkeit, sämtliche, das Laufverhalten BinBS Reifens betreffenden Größen mit einer Messung in ihrem Zusammenwirken zu ermitteln und lediglich mit Ausgleichsgewichten zu kompensieren, wird als ganz wesentlich für die Erfindung bstrachtet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Maschine, die die Unteraufgabs löst, bei Reifen die Gleichförmigkeit des Reifens auch bei hohen Geschwindigkeiten zu bestimmen. Gleiche Bauteils sind mit gleichen Bezugszsichen wie in der Fig. 1 versehen. Der Aufbau der Maschine gleicht im wesentlichen der in Fig. beschriebenen Maschine, mit dem Unterschied, daß die Spindel 2 nicht horizontal sondern vertikal angeordnet ist und die

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Trommel 20 trägt. Darüberhinaus ist in der Fig. 2 die Gleichstrommaschine 30 gezeigt, die über einen Bandantrieb die Spindel 2 in Rotation versetzt. Der Reifen 6 ist über den Aufnehmerflansch 5 naturgemäß ebenfalls um eine vertikale Richtung drehbar nrdfc dem Ständer 18 verbunden. Weiterhin ist der Winkellagengeber 3 formschlüssig mit dem Reifen B verbunden. Zur Bestimmung der Gleichförmigkeit des Reifens wird der Reifen mit einer vorgebbaren Kraft wiederum vom Antriebsmotor 16 an die Trommel 20 gedruckt, wobei über die Schwingungsaufnehmer 11 und 12 die Ungleichförmigkeit das Reifens bestimmt werden kann. Da lediglich die Ungleichf örmigkeit des Reifens ganessen und gegebenenfalls später korrigiert WBrden soll, entfallen selbstverständlich bei dieser Vorrichtung die Integrationen über die Zeit.

Häufig interessieren bei der Bestimmung und Korrektur der Ungleichförmgkeit nicht nur die erste Harmonische, der gemessenen Kraftschwankungen. Sollen daher Harmonische höherer Ordnung angezeigt werden, kann das in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Frequenz des Ausgangssignals des Winkellagengebers 3 vervielfachbar ist.

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Claims

E32 D CARL SCHENCK AG 17. März 19βΟ Maschine zur Optimierung des Laufverhaltans von Reifen bzw. Rädern Patentansprüche:

1. Maschine zur Optimierung des LaufVerhaltens von Reifen bzw. Rädern, bei welcher der von einer Spindel mit Aufnehmerflansch angetriebene Reifen über zwei Stehlager mit einer unterkritisch abgestimmten Schwingbrücke verbindbar ist, deren Schwingungen gegenüber einem Uniarbau von MeB-aufnehmern in elektrische Signale umgewandelt werden und mit einem formschlüssig mit der Spindel verbundenen Winkellagengeber, der die augenblickliche Winkellage der Spindel in ein umlauffrequentes elektrisches Ausgangssignal umwandelt, wobei die Ausgangssignale das Meßaufnahmer und des Winkellagangebers multipliziert werden und anschließend mehrmals über die Zeit integrierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trommel (20) mit vorgebbarer Kraft an den Reifen (6) andrückbar ist und die Integrationen über die Zeit abschaltbar sind.

2. Maschine zur Optimierung des Laufverhaltens von Reifen bzw. Rädern mit einer Spindel die über Stehlager mit einer unterkritisch abgestimmten Schwingbrücke verbunden ist, deren Schwingungen gegenüber einem Unterbau von Maßaufnehmern in elektrische Signale umgewandelt werden und mit

einem Winkellagengaber, der eine augenblickliche Winkellage in ein umlauffrequentes elektrisches Ausgangssignal umwandelt, wobei die Ausgangssignale der Meßaufnehmer und Winkellagengebers multipliziert werden, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß mit der Spindel (2} eine Trommel [20) ver— bunden ist, an die der drehbar gelagerte Reifen (6) mit vorgebbarer Kraft andrückbar ist, und daß der Winkellagengeber (3) formschlüssig mit dem Reifen (6) verbindbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2„ dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Kraft mit einem Kraftaufnehmer (17) meßbar ist.

4. Maschine nach mindestens einam der vorhergehenden An-. sprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß die Frequenz des Ausgangssignals des Winkellagengebers (3) vervielfachbar ist.

5. Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei da? die Schwingbrücke über Federn mit dem Unterbau verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Feder (Blattfedern 29) mit Dehnungsmeßstreifen (40) appliziert ist.

6. Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daB alle bei einer Geschwindigkeit gemessenen Abweichungen vom idealen Reifen lediglich durch Ausgleichsgewichte kompensierbar sind.

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