Verfahren für die Durchführung vergleichender Versuche mit Automobil-Bereifungen. Von Professor Otto Greger, Wien. Verfahren für die Durchführung vergleichender Versuche mit Automobil-Bereifungen. 1. Einleitung. Ist man vor die Aufgabe gestellt, auf Grund der Ergebnisse von Laboratoriumsversuchen bezüglich der Güte mehrerer, unter gleichen Umständen zur Verwendung kommender Pneumatik-Bereifungen ein Urteil abgeben zu müssen, so führt selbst eine ganz oberflächliche Ueberlegung zu der Erkenntnis, daß Abnutzungsproben mit entnommenen Stücken der Pneumatiks zu Trugschlüssen bezüglich der Verwendbarkeit der Bereifung führen müssen. Das Gleiche gilt von statischen oder dynamischen Tragfähigkeitsproben mit Messung der totalen und bleibenden Verdrückung des aufmontierten Pneumatiks. In jedem Falle wird nämlich nur ein mehr oder weniger willkürlich herausgegriffenes Moment der Gesamtbeanspruchung gekennzeichnet. Nur eine solche Methode, bei der möglichst alle jene Kräfte, die bei der praktischen Verwendung auftreten, gleichzeitig einwirken können, ermöglicht einen genauen Vergleich. Es kann daher die Forderung aufgestellt werden, daß bei der Laboratoriumsprobe der in normaler Weise aufmontierte Pneumatik bei entsprechender Radbelastung im Bewegungszustande durch die Einwirkung von Pflastermaterial abgenutzt werde. Dabei ist die Erprobung bis zur völligen Zerstörung der Bereifung als solcher fortzusetzen, denn es ist klar, daß während der kurzen Dauer der Untersuchung im Laboratorium eine nur mäßig hohe Beanspruchung auch von einem minderwertigen Produkte leicht ertragen werden könnte. Erst die vollständige Erschöpfung des geprüften Reifens läßt erkennen, welches äußerste Maß von Anstrengung man dem betreffenden Fabrikate zumuten darf. Analogien für die völlige Zerstörung des geprüften Körpers sind durch jede der heute so zahlreich und sehr oft mit wesentlich höheren Kosten (z.B. Proben mit armierten Betonkörpern) durchgeführten Festigkeitsuntersuchungen gegeben. 2. Allgemeine Gesichtspunkte, die für die Erprobung von Bereifungen überhaupt maßgebend sind. Zur Entwicklung dieser Gesichtspunkte wollen wir uns vorerst ein Fahrzeug auf geradliniger, ebener Straße mit gleichförmiger Geschwindigkeit fortbewegt denken. Die Bereifung der Räder auf der Antriebswelle sei das eine Mal durch ein starres Material, z.B. Eisen, das andere Mal durch einen dehnbaren Körper, wie z.B. einen Pneumatik-Kautschukreifen bewirkt. Die Reibung zwischen dem Straßenbelage und dem Reifen ist wohl in beiden Fällen eine rollende, doch besteht folgender Unterschied: Ein lotrecht unter dem Achsmittelpunkte befindlicher Querschnitt a b (Fig. 1) des Eisenreifens bleibt sowohl auf dem Berührungsstücke 1, 2 wie auch darüber hinaus (a' b' und a'' b'') beständig radial gerichtet, so daß in der Faserschichte b b' b'' Verlängerungen (bezw. Verkürzungen) nicht vorkommen. Die auftretende Reibung kann als reine rollende Reibung bezeichnet werden. Bei der Pneumatikbereifung (Fig. 2) ist der analoge Querschnitt A B wegen der Dehnbarkeit des Kautschuks bezw. der Einlagsmaterialien geneigt, bleibt dies auch (allerdings in geringerem Maße) bis A' B' und geht nunmehr erst in die radiale Lage A'' B'' zurück. Bei dieser allmählichen Radialstellung des Querschnittes A B findet nun vor B' ein Gleiten auf dem Straßenkörper statt, so daß die rollende Reibung teilweise mit einer gleitenden kombiniert erscheint. Für den Beharrungszustand ist die Größe des Winkels A B O von der Geschwindigkeit abhängig. Durch die Aenderung des Straßengefälles wird wegen des Wechsels der Radbelastung dieser Winkel beeinflußt. Bei rascher Geschwindigkeitsabnahme (z.B. durch kräftiges Bremsen) treten Fliehkräfte auf, die eine starke gleitende Reibung der Bereifung auf der Fahrbahn verursachen. Textabbildung Bd. 325, S. 458 Fig. 1. Textabbildung Bd. 325, S. 458 Fig. 2. Schließlich werden auch beim raschen Durchfahren von Straßenkrümmungen Schleuderkräfte ausgelöst, die ein seitliches Gleiten des Pneumatiks bedingen. Festhaltend sei darauf hingewiesen, daß gerade in Gefahrmomenten (beim raschen Bremsen, sowie beim Nehmen von Kurven) die gleitende Reibung es ist, die durch die Widerstandsfähigkeit der Bereifung gut ertragen werden muß, damit ein Unglücksfall vermieden werde. Infolgedessen erscheint ein Prüfungsverfahren, bei dem die Pneumatik-Bereifung auf dem entsprechend belasteten Rade lediglich durch Abrollen auf dem Umfange einer Walze bewirkt wird einerseits als zu wenig scharf, andererseits jedoch auch (obwohl dies kein prinzipieller Mangel ist) als zu lange andauernd, da der Koeffizient der rollenden Reibung wesentlich kleiner als der der gleitenden Reibung ist. 3. Verfahren für die Erprobung von Pneumatik-Bereifungen. Dem in Aussicht genommenen Verfahren wurde zugrunde gelegt, daß der in normaler Weise aufmontierte Pneumatik durch gleitende Reibung mittels Schottermaterials bis zum Unbrauchbarwerden (Aufreißen) abgenutzt werde. Textabbildung Bd. 325, S. 459 Fig. 3. Textabbildung Bd. 325, S. 459 Fig. 4. Das Rad ist dabei entsprechend seinem Anteile am Wagengewichte belastet und dreht sich mit der dem Fahrzeuge entsprechenden Höchstgeschwindigkeit oder einer hierzu proportionalen Geschwindigkeit, die jedoch schon nach wenigen Vorversuchen ein für allemal festgesetzt werden könnte, um seine Achse auf der Unterlage. Das abnutzende Schottermaterial wird hierzu beständig in gleicher Korngröße unter die Bereifung gebracht. Um ferner auch dem Umstände Rechnung zu tragen, daß eine Schwächestelle vieler Bereifungen sich an der Seite nahe der Felge befindet, und bei jeder Richtungsänderung, besonders stark aber beim Schleudern des Wagens in Kurven gezerrt wird, was gleichfalls Anlaß zur vorzeitigen Zerstörung des Pneumatiks bilden kann und demnach im Prüfungsvorgange mit berücksichtigt werden muß, wurde auch eine seitliche Hin- und Herbewegung des rotierenden Rades auf seiner Achse für notwendig erachtet. Hätte man z.B. zwei Radreifen aus gleichem Materiale mit gleichstarker Laufdecke, jedoch verschiedener Dicke (bezw. verschiedenen Einlagen) an den Uebergängen zur Felge (s, Fig. 3 und 4), so würde die Abnutzungsprobe mit dem, in einer Ebene rotierenden Rade voraussichtlich wegen gleicher Dicke δ der abzureibenden Laufdecken auch fast genau die gleichen Abnutzungsziffern ergeben. Es ist jedoch denkbar, daß in Wirklichkeit die Haltbarkeit der beiden Sorten voneinander wesentlich verschieden sein könnte. Was die Größe der seitlichen Verschiebung anbelangt, so wird vorgeschlagen, hierfür die Dicke, welche die Bereifung im tiefsten Radpunkte bei entsprechender Belastung besitzt, zu wählen. Als Maßstab für die Güte einer Pneumatik-Bereifung käme die Länge des bis zur völligen Unbrauchbar wer düng zurückgelegten Weges, die von einem zwangläufig mit dem Rade verbundenen Tourenzähler angegeben, eventuell registriert werden müßte, in Betracht. Dieser Maßstab würde sich auch in die heute gebräuchliche Ausdrucksweise für die Lebensdauer von Bereifungen leicht einfügen lassen. 4. Beschreibung der Maschine zur Erprobung von Pneumatik-Bereifungen. Vorbemerkt sei, daß die Fig. 5–8 teilweise schematisch durchgeführt wurden; insbesondere gilt dies von dem Aufriß (Fig. 5). Immerhin erscheinen die charakteristischen Maschinenteile im Entwurf eingehender behandelt und sind jene Einzelheiten, die von allen angeseheneren Fabriken dank ihrer großen Erfahrungen auf diesem Gebiete leicht gut durchgeführt werden können wie z.B. der Hebelrahmen, die verschiedenen Lager, Räderaufkeilungen usw. nur angedeutet. Die Abmessungen wurden im Entwürfe so gewählt, daß Bereifungen von 550–1000 mm ⌀ geprüft werden können. Sollte jedoch über diese Masse hinausgegangen werden müssen, so wären lediglich zwei Schraubenspindeln nach oben bezw. unten zu verlängern. Die maximale Reifenbreite ist mit 200 mm angesetzt worden. Textabbildung Bd. 325, S. 459 Fig. 5. Textabbildung Bd. 325, S. 459 Fig. 6. Der zu erprobende Pneumatik P wird auf dem Rade R in normaler Weise montiert. R gehört einem Satze von Rädern gebräuchlicher Größe an, die aus dem Grunde ein für allemal der Maschine beigegeben sein müssen, weil einerseits die Nabe wegen der hin- und hergehenden Bewegung verlängert und mit dem auf einem Ringe sitzenden Bolzen b versehen sein muß, und weil andererseits die Bohrung der gewöhnlichen Räder wohl für einen kurzen Achsstummel, nicht aber für eine durchgehender wesentlich dickere und dabei in der Mitte mit einer Nut versehenen Achse a berechnet ist. Diese Achse ist in einem aus Stahl möglichst fest hergestellten rechteckigen Rahmen r gelagert, der bei d drehbar ist und somit einen einarmigen Hebel vorstellt. Zum Zwecke der Montierung des Pneumatiks ist die Achse a nach K1 herausziehbar. Der Hebelrahmen r besitzt das Uebersetzungsverhältnis 2 : 1 und trägt sowohl vorne (bei V) wie rückwärts (an der Verlängerung über den Drehpunkt hinaus, bei W) je eine Wagschale. Gewichte in W dienen zur jedesmaligen genauen Ausbalanzierung vor Versuchsbeginn, während die Gewichte V die Radbelastung bewirken. Die Drehachse d ist mit Hilfe des Handrades H der Höhe nach verschieden einstellbar. Durch H werden nämlich die Schneckenräder s und S bewegt und dadurch die Gußstahl-Traverse Tr an den Schraubenspindeln σ (flachgängige Gewinde) hinauf- oder hinunterbewegt. Auf diese Weise wird eine, mit einer aufzusetzenden Libelle l kontrollierbare, genaue Horizontalstellung des Rahmenhebels vor Versuchsbeginn ermöglicht. Der auf der rückwärtigen Rahmenverlängerung angeordnete, mit abstufbarer Geschwindigkeit laufende Elektromotor E treibt mittels des Lederriemens L das Rad II, das so auf der Achse aufgekeilt ist, daß das Abnehmen des letzteren (behufs Zurückziehung der Achse a) leicht möglich ist. Der Riemen ist zu diesem Zweck mit einer lösbaren Riemenverbindung ausgerüstet. Textabbildung Bd. 325, S. 460 Die seitliche Hin- und Herbewegung (im Betrage von 0–16 cm) wird von der Welle a mittels der Kegelräder K1 und K2 abgeleitet und ist das Uebersetzungsverhältnis der letzteren im Entwürfe mit 2 : 3 angenommen worden. Kegelrad K1 sitzt am Ende der Achse a, die, falls die seitliche Durchbiegung eine unzulässige Größe erreichen sollte, durch ein von einem schief aus dem Hebelrahmen vordringenden Ausleger gehaltenes Lager gestützt werden kann (im Entwürfe nicht vorgesehen!). K2 ist auf der Vorderseite glatt abgedreht und trägt zwei niederzuschraubende Schienen, die den Zapfen b1 (s. Fig. 8 u. 9) in jedem gewünschten Abstande zwischen 0 und 8 cm vom Radmittelpunkt festhalten. Mit dem Kegelrade K2 ist das Zahnrädchen z1 starr verbunden. Von z1 überträgt eine Kette die Bewegung zwangläufig (Uebersetzungsverhältnis 3 : 2) auf den Tachographen T, der die jeweilige Geschwindigkeit sowie die Anzahl der absolvierten Umdrehungen anzeigt und auch selbsttätig registriert. Die Wirkung des Rades K2 ist die einer Kurbel mit veränderlicher, maximal 8 cm betragender Armlänge. Die Zapfen b und b1 sind durch die Pleuelstange miteinander verbunden; b bildet, wie schon erwähnt, mit einem um die Radnabe drehbaren Ring ein Stück und kann daher beständig senkrecht zur Schwingungsebene der Pleuelstange bleiben. Die Zufuhr des Schotters erfolgt durch Herablaufen aus dem reichlich bemessenen und vor jedesmaligem Versuchsbeginn bis zum Rande gefüllten Vorratsgefäße G (Fig. 5 u. 6) bei vollständig geöffneten Schieber Sch durch die eingezeichnete ovale Röhre. Letztere ist behufs leichteren Zusammenbaues der Maschine aus drei teleskopartig ineinander steckbaren Teilen bestehend gedacht. Durch die Radbewegung wird der zugeführte Schotter unter die Bereifung mitgenommen, sodann mit den abgenutzten Gummiteilchen nach rückwärts weggeschleudert und fällt schließlich in den Abfuhrkanal. Sollte sich der Radreifen bei der Abnutzung zu sehr erwärmen, so wäre mit dem Schotter gleichzeitig Kühlwasser zuzuführen. Letzteres müßte in diesem Falle – etwa durch einen Schlauch – dem Gefäße 0 beständig zugeleitet werden. Als Probenende muß jener Zeitpunkt angesehen werden, in dem die Bereifung für ihren Zweck nicht mehr tauglich erscheint. Dies ist bei Pneumatiks im Momente des Aufplatzens der Fall. Durch das Entweichen der Luft fällt der Hebelrahmen herab und unterbricht dabei an der Kontaktstelle F den Betriebsstrom für den Elektromotor E. Die Kotaktstelle ist der Höhe nach verschieden einstellbar. Dazu ist der kleine Ausleger am Gerüst in einer Nut verschiebbar angeordnet. Eine zusammengepreßte Feder, die sich eventl. gegen die Zähne eines Sägeblattes abstützt, hält ihn dabei in jeder Höhe sicher fest. Der Strom tritt durch die federnde Zunge über, die sich auf ein doppelt so großes Stück des Rahmenkontaktes leitend anlegt, als die Dicke der abgenutzten Reifenschichte beträgt. Textabbildung Bd. 325, S. 460 Fig. 9. D ursprünglicher Durchmesser. – D1 Durchmesser nach Abnutzung. In Fig. 9 sind diese Größen stärker hervorgehoben. D (Fig. 5) ist ein am Boden festgeschraubter Schutzkasten, der senkrechte Schlitze für den Achsendurchgang sowie eine Oeffnung für das ovale Schotterzulaufrohr besitzt. 5. Schlußbemerkungen. Hier sei darauf hingewiesen, daß ein unzulässig starkes Hüpfen des Rades auf seiner Unterlage – was den Abnutzungsvorgang beeinträchtigen könnte – nicht ausgeschlossen erscheint. Textabbildung Bd. 325, S. 460 Fig. 10. Zur Abschwächung dieser Bewegungen könnte eine mit dem Hebelrahmen in Verbindung zu bringende Dämpfungsvorrichtung verwendet werden. Dieselbe besteht aus einem absichtlich ungenau passenden Kolben in einem mit Flüssigkeit (Oel) gefüllten Zylinder (s. auch Fig. 10). Ihre Kolbenstange wird mittels eines Bolzens an der Unterseite der vorderen Wagschale befestigt. Das an den Zylinderboden angeschraubte ⊓-Eisen überträgt die Zugwirkung auf das Betonfundament. Für die Wahl des Schotters dürften folgende Gesichtspunkte maßgebend sein: 1. Gleiches Material, gleiche Korngröße und gleiche Körnerform bei allen Versuchen, 2. Möglichst große Festigkeit und Härte des Schotters. Ein Material, das diesen Anforderungen im weitesten Maße entsprechen würde, wäre z.B. gesiebter Basaltschlägelschotter, nur müßte – wie bei allen anderen Schottermaterialien übrigens auch – die Gleichartigkeit durch Stichproben (z.B. Bestimmung des Litergewichtes sowie Siebeproben wären empfehlenswert) fallweise kontrolliert werden. Gute Dienste für unseren Zweck könnte Wohl auch noch gesiebter, grobkörniger Naturquarzsand leisten, während Kalkschotter als zu weich ausgeschlossen werden sollte. 6. Verfahren für die Prüfung von Vollgummi-Bereifungen. Dasselbe stimmt mit dem für Pneumatikprüfung – bei Benutzung der gleichen Maschine wie dort – überein, nur wird die Abnutzung statt bis zur Explosion bis zum äußersten, als zulässig erachteten Masse (z.B. eine 5 mm über die Felge zu deren Schutz noch vorstehende Schichte) getrieben. Dies ist durch entsprechende Einstellung des Schiebekontaktes leicht zu erzielen. Auch hier sollte seitliche Hin- und Herbewegung während des Radlaufes angewendet werden und wäre wieder als Gütemaßstab die Länge des bis zum Probenende zurückgelegten Weges anzunehmen. Schließlich sei noch bemerkt, daß die vorstehend beschriebene Maschine sich wahrscheinlich auch zur Erprobung von federnden Radkonstruktionen eignen dürfte wenn bei der Herstellung des federnden Rades auf die notwendige eigenartige Form der Nabe Rücksicht genommen wird.