Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge mit Federstützen, wobei die Federstützen Biegestellen aufweisen, die Schmiermittel- und verschleißfrei ausgeführt sind. Dadurch kann ein Rollenprüfstand realisiert werden, der hochgenaue Messergebnisse mit einer sehr geringen Hysterese liefert. Der Rollenprüfstand kann für zwei- oder mehrachsige Fahrzeuge Verwendung finden, wobei einer Achse eine Laufrolle oder zwei Laufrollen zugeordnet sein können. Bei mehrachsigen Fahrzeugen kann der Abstand der Laufrollen beziehungsweise der Laufrollenpaare an die unterschiedlichen Achsabstände des Fahrzeugs angepasst werden.

Es sind Prüfstände mit sogenannten Singlerollen bekannt, bei denen das Fahrzeugrad in einem Rollenscheitel abrollt. Weiterhin sind Doppelrollenprüfstände bekannt, bei denen das Fahrzeugrad in einem Rollenprisma zwischen den beiden Laufrollen des Prüfstands aufsteht. Bei all diesen Prüfständen ist darauf zu achten, dass die prüfstandseigenen Verluste möglichst gering gehalten werden. Weiterhin sind bei solchen Prüfständen Messmittel erforderlich, um die Lastaufnahme des Prüflings und die Zugkraftaufnahme oder -abgäbe zu bestimmen.

Bei Trommelprüfständen kann hierbei zwischen der Antriebsmaschine und der Laufrolle eine sogenannte Drehmomentmesswelle eingefügt sein, die das aufgenommene beziehungsweise abgenommene Drehmoment M misst. Die vom Fahrzeug abgegebene Kraft F = M*l, wobei 1 der Radius der Prüfstandtrommel ist.

Eine bekannte Möglichkeit zur Messung dieser Kräfte ist der Einsatz von sogenannten Pendelmaschinen. Bei Pendelmaschinen wird das Gehäuse der Antriebs- beziehungsweise Bremseinheit nicht starr sondern um die Achse drehbar gelagert. Die Antriebsmaschine stützt sich dabei auf einer Kraftmessdose ab. Muss nun die Antriebsmaschine Drehmomente aufnehmen oder abgeben, versucht sie sich im Rahmen zu drehen. Durch

die Kraftmessdose kann dieses Drehmoment erfasst und an eine Auswerteeinheit weitergegeben werden.

Die US-A-5452605 zeigt einen Trommelprüfstand, bei dem die Antriebsmaschine zwischen den beiden Lauftrommeln angeordnet ist und diese antreibt beziehungsweise abbremst. Als Nachteil ist hier zu nennen, dass die Pendellager (Wälzlager) während des Betriebs nicht bewegt werden, was zu einem hohen Verschleiß durch mangelnde Schmierung führen kann. Des Weiteren ist eine solche Lagerausführung nicht hysteresefrei.

Die US-A-5522257 zeigt eine Lösung dieses Problems dadurch, dass zwei unterschiedlich große Wälzlager ineinander kaskadiert angeordnet sind, so dass auch bei der stehenden Pendelmaschine die Mittelringe der Lagerung bewegt werden.

Die DE 19900620 Al zeigt einen Prüfstand mit hydrostatischen Lagern. Dabei wird ein Statorgehäuse reibungsfrei auf Drucköltaschen gelagert. Die Drucköltaschen werden von einem Steuerelement mit einem ölstrom versorgt, so dass ein Kontakt der metallischen Lagerteile vermieden wird. Neben dem technischen Aufwand ist hier das zu verwendende Tragöl und die Abdichtung der Lagerstellen als Schwierigkeit zu nennen. Hier ist auch eine reibungsfreie Lageranordnung beschrieben, wobei mehrere Blattfederelemente die Pendelmaschine tragen. Wechselnde Belastungen, zum Beispiel durch unterschiedlich schwere Fahrzeuge führen zur Dehnung beziehungsweise zur Stauchung der Blattfederelemente. Dies kann dazu führen, dass das jeweils untere Federelement gestaucht wird, wodurch sich ein Scheindrehmoment auf die Kraftmessdose ergibt. Des Weiteren können die Längenausdehnungen der Federelemente aufgrund von Temperaturänderungen oder Belastungsänderungen zu Scheindrehmomenten an der Kraftmessdose führen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der hochgenaue Messergebnisse mit einer sehr geringen Hysterese ermöglicht.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß ist ein Rollenprüfstand für Kraftfahrzeuge vorgesehen, mit zumindest einer Laufrolle für zumindest ein Rad eines Fahrzeugs, einer Antriebsmaschine zum direkten Antreiben der Laufrolle, wobei die Antriebsmaschine ein Statorgehäuse aufweist und/ oder einem Tragrahmen, in dem das Statorgehäuse pendelnd gelagert ist, wobei sich das Statorgehäuse über Messmittel an dem Tragrahmen abstützt. Das Statorgehäuse kann weiterhin über zumindest zwei Federstützen mit dem Tragrahmen verbunden sein, wobei die Feder stützen jeweils zumindest eine Biegestelle aufweisen können.

Erfindungsgemäß kann ein Rollenprüfstand realisiert werden, der unabhängig von eingebrachten Störgrößen, wie beispielsweise das Fahrzeuggewicht oder eine Temperaturänderung annähernd hysteresefrei hochgenaue Messergebnisse liefern kann, wobei die prüfstandseigenen Verluste vernachlässigbar sind.

Die Biegestelle kann derart ausgebildet sein, dass ein Drehmoment bzw. eine Kraft in Verdrehrichtung des Statorgehäuses zu einer elastischen Verformung der Biegestelle führt, wobei die Biegestelle gegenüber anderen Kräften stabil ausgebildet sein kann.

Es können zwei Biegestellen vorgesehen sein, die im Befestigungsbereich der Federstützen vorgesehen sind, wobei es bei einem anliegenden Drehmoment zu einer S-artigen Verformung der beiden Biegestellen (der oberen und der unteren) kommen kann, d.h. die eine Biegestelle verformt sich in eine Richtung und die andere Biegestelle in eine andere entgegen gesetzte Richtung.

Die Verjüngung kann im Wesentlichen parallel zur Drehachse einer Welle der Antriebsmaschine angeordnet sein. Weiterhin können die Biegestellen nahe von Befestigungsstellen der Federstützen vorgesehen sein.

Die Biegestellen mit den Verjüngungen sind so angeordnet und ausgebildet, dass sich von der Antriebsmaschine aufgenommene oder abgegebene Drehmomente annähernd verlustfrei auf das Messmittel beziehungsweise die Kraftmessdose übertragen können.

Die Verjüngungen der Biegestellen können hierbei derart ausgelegt werden, dass eine ausreichende Zug- beziehungsweise Druckfestigkeit vorliegt um das Statorgehäuse zu tragen beziehungsweise zu stützen, wobei gleichzeitig eine ausreichende Biege- beziehungsweise Bewegungsmöglichkeit des Statorgehäuses und der Lagerstellen möglich ist.

Die Federstütze kann hierbei aus Metall gebildet sein, es sind jedoch auch andere Materialien oder Materialzusammensetzungen denkbar.

Die Biegestellen sind hierbei nahe den Befestigungsstellen der Federstütze einerseits an dem Tragrahmen und andererseits an den Statorgehäuse vorgesehen. Dadurch kann die Beweglichkeit des Statorgehäuses in Drehrichtung weiter optimiert werden.

Es können darüber hinaus noch zusätzliche Biege stellen mit entsprechenden Verjüngungen vorgesehen sein, um einen Längenausgleich der Antriebsmaschine in Axialrichtung zu ermöglichen. Dadurch können beispielsweise Längenausdehnungen der Antriebsmaschine bei enstprechenden Temperaturänderungen bewältigt werden, wobei es sich hierbei beispielsweise um den Längenausgleich der rechten zur linken Lagerstelle handeln kann.

Die zusätzlichen Biegestellen können im Wesentlichen tangential zur Drehrichtung der Welle angeordnet werden..Dadurch kann die Beweglichkeit

der Federstützen bezüglich der Lagerstellen der Antriebsmaschihe in Axialrichtung weiteroptimiert werden.

Die Messmittel beziehungsweise die Kraftmessdose kann hierbei 90° zu einer möglichen Störgröße beziehungsweise Störbewegung angeordnet sein, wobei nur Kräfte in Messrichtung aufgenommen werden können. Als mögliche Störgrößen kommen beispielsweise eine Längenänderung der Federstützen durch Temperaturänderungen oder eine Längenänderung der Federstützen durch eingebrachte Gewichtskräfte in Frage. Beispielsweise bei einer Längenänderung der Federstützen durch eine Temperaturänderung würden sich bei einer Temperaturerhöhung die Federstützen nach unten längen, wodurch sich die Welle der Antriebsmaschine entsprechend nach unten im 1/ 10-Millimeterbereich bewegen würde. Durch eine symmetrische Anordnung der Federstützen würde sich eine Störbewegung beziehungsweise eine Störgröße ergeben, die vertikal nach unten gerichtet wäre. Die

Kraftmessdose wird bei einer 90°-Anordnung zu der vorgenannten Störgröße beziehungsweise Störbewegung keinerlei Scheindrehmomente messen. Das Messergebnis wird folglich durch eine Längenänderung der Federstützen nicht verschlechtert.

Der Querschnitt der Federstützen kann beispielsweise als ein Vierkantprofil ausgebildet sein. Natürlich können auch andere Profilgestaltungen von Vorteil sein. Die Verjüngungen sowohl der Biegestellen als auch der zusätzlichen Biegestellen können als Verjüngungsradius ausgebildet werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten denkbar, wobei einerseits eine zu große Materialschwächung zu vermeiden ist und andererseits eine Biegemöglichkeit in die gewünschte Richtung optimiert werden soll.

Die Federstützen können einen beliebigen Winkel zueinander aufweisen. Bevorzugt können die Federstützen symmetrisch zu der Vertikalachse in einer V-Form angeordnet werden.

Zur Optimierung der Messergebnisse können sich die Mittelachsen der beiden auf der jeweiligen Seite angeordneten Federstützen auf der Drehachse der Welle der Antriebsmaschine schneiden.

Die erfindungsgemäße Pendelmaschine kann an nur zwei in einem bestimmten Winkel zueinander stehenden Federstützen pro Seite abgestützt werden. Die Federstützen können hierbei hängend oder stehend ausgeführt sein. Die Federstützen können im Wesentlichen sehr stabil ausgeführt werden und verfügen lediglich an den Befestigungsstellen beziehungsweise nahe den Befestigungsstellen beziehungsweise im Befestigungsbereich über dünne in Drehrichtung wirkende Aussparungen beziehungsweise Verjüngungen. Wenn nun die Antriebsmaschine ein entsprechendes Drehmoment aufbringen muss, wird sie versuchen, sich gegenüber den Biegestellen der Federstützen zu verdrehen. Die an dieser Stelle gewollte Verdrehung wird jedoch durch die Kraftmessdose, welche die

Pendelmaschine gegenüber dem Tragrahmen abstützt, verhindert. Werden nun unterschiedliche Traglasten aufgebracht, längen sich die Federstützen entsprechend. Gleiches kann bei entsprechenden Temperaturerhöhungen passieren. Damit diese Längenänderungen nicht zu einem Scheindrehmoment an der Kraftmessdose führen, wird die Angriffsrichtung beziehungsweise die Kraftmessrichtung 90° zur Winkelhalbierenden der Federstützen vorgesehen.

Die Kraftmessdose kann hierbei derart zwischen dem Statorgehäuse und dem Tragrahmen angeordnet sein, dass lediglich Kräfte in Messrichtung weiter geleitet werden.

Eine Seite der Pendelmaschine kann Federstützen aufweisen, die nur in Drehrichtung Biegestellen beziehungsweise Verjüngungen aufweisen, während die andere Seite Biegestellen mit Verjüngungen beziehungsweise Schwachstellen versehen ist, die hierzu um 90° gedreht sind. Dadurch kann ein Längenausgleich der Antriebsmaschine in Axialrichtung kompensiert werden.

Die vorgenannten Merkmale können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht des Rollenprüfstands mit einer angeordneten Laufrolle,

Figur 2 eine Seitenansicht des Rollenprüfstands, Figur 3 eine Ansicht des Rollenprüfstands mit einer unterhalb des

Statorgehäuses angeordneten Kraftmessdose,

Figur 4 eine Ansicht des Rollenprüfstands von der zur Ansicht in Figur 1 anderen Seite und

Figur 5 eine Ansicht des Prüfstands mit beiden Laufrollen.

In der Figur 1 ist eine Laufrolle 1 dargestellt. Die Laufrolle 1 steht mit einer

Welle 9 in Verbindung. Die Welle 9 steht in einer Antriebsverbindung mit einer Antriebsmaschine 2, wobei die Antriebsmaschine 2 ein Statorgehäuse

3 aufweist. Das Statorgehäuse 3 ist über Federstützen 6 gelagert. Die Federstützen 6 weisen Biegestellen 7 mit jeweiligen Verjüngungen 8 auf. Die

Biegestellen 7 mit den Verjüngungen 8 sind in einem jeweiligen

Befestigungsbereich der Federstütze 6 mit einerseits den Tragrahmen 4 und andererseits den Statorgehäuse 3 angeordnet.

Die Befestigung der Federstützen 6 mit dem Statorgehäuse 3 kann über ein Befestigungselement 10 erfolgen.

Die Federstützen 6 weisen hierzu einen ersten Endbereich 11 auf, der mit dem Befestigungselement 10 verbunden ist. Weiterhin weist die Federstütze 6 einen zweiten Endbereich 12 auf, der mit dem Tragrahmen 4 verbunden ist. Die Befestigung der Federstützen 6 kann über entsprechende Schraub- und/oder Klemmverbindungen erfolgen. Hierbei ist darauf zu achten, dass eine entsprechende Ausrichtung der Längsachsen der Federstützen 6 mit der Drehachse der Welle 9 derart erfolgen kann, dass sich die Längsachsen

der auf beiden Seiten der Antriebsmaschine 2 V-förmig angeordneten Federstützen 6 gemeinsam auf der Drehachse der Welle 9 schneiden.

An dem Statorgehäuse 3 ist ein Ansatz 13 vorgesehen. Mit diesem Ansatz steht eine Verbindungsstange 14 in Kontakt, die wiederum mit einer

Kraftmessdose 5 in Verbindung steht. Die andere Seite der Kraftmessdose 5 ist über ein entsprechendes Verbindungsstück 16 mit einer Rahmenbefestigung 15 verbunden. Die Verbindung der Verbindungsstange 14 mit dem Ansatz 13 ist hierbei derart gestaltet, dass nur Kräfte in Längsrichtung der Verbindungsstange 14 übertragen werden könne. Das Gleiche gilt für die Verbindung zwischen der Rahmenbefestigung 15 und dem Verbindungsstück 16.

In der Figur 1 ist die zweite Laufrolle 1' zur besseren Darstellung nicht gezeigt. Die Biegestellen 7 der Federstützen 6 sind an den jeweiligen Einspannstellen beziehungsweise nahe dem ersten und dem zweiten Endbereich 11, 12 der Federstützen 6 vorgesehen. Der Tragrahmen 4 kann direkt von einem Betonfundament getragen und mit diesem verschraubt sein. Die Pendelmaschine beziehungsweise die Antriebsmaschine 2 hängt mit den Laufrollen 1 und 1' (in Figur 1 nicht dargestellt) an vier Federstützen 6. Die Kraftmessdose 5 stützt die Antriebsmaschine 2 beziehungsweise das Statorgehäuse 3 gegenüber dem Tragrahmen 4 ab. Die Angriffsrichtung der Kraftmessdose5 beziehungsweise deren Befestigungselemente sind derart ausgerichtet und ausgebildet, dass bei einer Längenänderung der Federstützen 6 die Kraftmessdose 5 keinerlei Scheindrehmomente erfasst; somit erhält die Kraftmessdose 5 bei einer Längenänderung der Federstützen keinerlei Schub- oder Druckkräfte.

Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Rollenprüfstand, wobei hier die beiden Federstützen 6 mit den jeweiligen zwei Biegestellen 7 und den zugehörigen Verjüngungen 8 gut sehen sind.

Die Figur 3 zeigt eine Anordnung der Kraftmessdose 5 auf der Unterseite des Statorgehäuses 3 beziehungsweise der Antriebsmaschine 2. Weiterhin ist in

der Figur 3 eine zur Figur 2 andere Seite der Antriebsmaschine 2 dargestellt. Die Federstützen 6 weisen hierbei zwei zusätzliche Biegestellen 7' mit entsprechenden Verjüngungen 8' auf. Die in der Figur 3 gezeigten Federstützen 6 sind folglich mit vier Biegestellen 7, 7' versehen, die jeweilig eine Verjüngung 8, 8' aufweisen. Die in der Figur 3 gezeigten Federstützen 6 sind durch die zusätzlichen Biegestellen 7' in der Lage Axialverschiebungen beziehungsweise Längenänderungen in Axialrichtung der Antriebsmaschine 2 auszugleichen. Derartige Längenänderungen können beispielsweise auf Temperaturänderungen zurückzuführen sein, beispielsweise aufgrund einer Erwärmung der Antriebsmaschine 2 im Betrieb des Prüf Stands.

Wie beispielsweise in der Figur 3 dargestellt, erstrecken sich die Verjüngungen 8 im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Welle 9 um eine Drehbewegung des Statorgehäuses 3 zu ermöglichen. Die Verjüngungen 8' der zusätzlichen Biegestellen 7' hingegen verlaufen im Wesentlichen 90° dazu in tangentialer Richtung zur Drehrichtung der Welle 9 um eine Axialbewegung des Befestigungselements 10 zu erlauben.

Die Figur 4 zeigt eine Darstellung des Prüfstand mit einer angeordneten Laufrolle 1 '. Weiterhin ist ebenso wie in der Figur 3 die Seite der

Antriebsmaschine 2 mit einer angeordneten Laufrolle 1 dargestellt, die die zusätzlichen Biegestellen 7' aufweist um die vorgenannte Axiallängung durch Temperaturänderungen zu erlauben.

Die Figur 5 zeigt den Prüfstand mit beiden angeordneten Laufrollen 1, 1'.

Die vorgenannten Merkmale und Ausführungsformen können in jeder beliebigen Weise miteinander kombiniert werden.