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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen eines Prüfobjekts
mittels eines zerstörungsfreien
Messverfahrens. Bei dem Prüfobjekt
handelt es sich insbesondere um einen Reifen, jedoch können auch
andere Bauteile mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft werden.
Das zerstörungsfreie
Messverfahren, mit dem das Prüfobjekt
geprüft wird,
ist beispielsweise ein interferometrisches Messverfahren. Die Vorrichtung
ist mit wenigstens einem Messkopf versehen, durch den das Prüfobjekt
zum Erzeugen eines Messergebnisses abgetastet werden kann. Die Vorrichtung
ist ferner mit einem Positionierungsmittel versehen, durch das der
Messkopf zwischen einer außerhalb
des Prüfobjekts
befindlichen Parkposition und einer beispielsweise innerhalb des Prüfobjekts
befindlichen Messposition bewegt werden kann. Weiterhin ist die
Vorrichtung mit einer Druckkammer versehen, in welcher das Prüfobjekt während der
Prüfung
einem vorgegebenen Druck aussetzbar ist und die eine Haube aufweist.
Die Vorrichtung weist außerdem
ein Untergestell auf, auf dem das Prüfobjekt während der Prüfung lagerbar
ist.
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Reifen
oder andere im Einsatz belastete Bauteile werden zur Qualitätskontrolle
und zur Reduzierung von Sicherheitsrisiken einer Werkstoffprüfung unterzogen,
die es ermöglicht,
fehlerhafte Stellen, so genannte Fehlstellen, zu erkennen. Vor allem dann,
wenn es sich um benutzte Reifen handelt, die runderneuert werden
sollen, wird in der Regel eine zerstörungsfreie Werk stoffprüfung angewendet,
die eine vergleichsweise schnelle Reihenuntersuchung gewährleistet.
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Häufig anzutreffen
in der industriellen Praxis sind optische Messverfahren, wie zum
Beispiel die Holographie oder die auch als Speckle-Pattern-Shearing-Interferometrie
bezeichnete Shearographie. Die Shearographie ist ein relatives interferometrisches
Messverfahren, das ein Ergebnisbild liefert, welches den Unterschied
zwischen zwei zeitlich versetzten Zuständen des Prüfobjekts darstellt. Um das
auf Grund der zunehmenden Verbreitung von elektronischen Bildsensoren,
wie zum Beispiel CCD- oder CMOS-Sensoren, heutzutage in der Regel
digitale Ergebnisbild zu erzeugen, ist es demzufolge erforderlich,
den Zustand des Prüfobjekts
zwischen zwei Messungen durch Einwirkung einer mechanischen, thermischen
oder pneumatischen Kraft zu verändern.
Bekannte Vorrichtungen weisen aus diesem Grund eine Druckkammer
auf, die entweder evakuiert oder mit Druck beaufschlagt wird, so
dass sich das in der Druckkammer befindende Prüfobjekt infolge der Druckänderung
verformt und damit von einem ersten Referenzzustand in einen zweiten
Messzustand übergeht.
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Im
Unterschied zu der Holographie ermittelt die Shearographie nicht
die Verformung an der Oberfläche
eines Prüfobjekts,
sondern misst den Gradienten der Verformung. Dies ist. darauf zurückzuführen, dass
für die
Shearographie ein so genanntes Shearingelement Anwendung findet,
bei dem es sich um eine Shearoptik, wie zum Beispiel ein optischer
Keil, ein optisches Biprisma oder ein Michelson-Interferometer,
handelt, die eine Bildverdopplung erzeugt. Auf Grund des Shearingelements
entstehen zwei geringfügig
räumlich
versetzte Bilder von dem Prüfobjekt, die überlagert
werden, um auf Grund der sich auf diese Weise ergebenden Interferenz
ein Interferogramm zu erzeugen. Das den Gradienten der Verformung kennzeichnende
Shearogramm wird durch Subtraktion der Intensitäten der im Referenzzustand
und im Messzustand gewonnenen Interferogramme erzeugt. Das Shearogramm
gibt zu erkennen, ob sich die Lage eines Punktes zu einem benachbarten
Punkt auf Grund der Verformung des Prüfobjekts geändert hat. Falls ja, dann führt dieser
Wegunterschied zu einer lokalen Veränderung der Intensitätsverteilung, die
Auskunft über
eine Fehlstelle gibt. Interferometrische Messverfahren, die auf
dieser Speckle-Interferomertrie beruhen, werden in der
DE 42 31 578 A1 und
EP 1 014 036 B1 beschrieben.
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Die
zum Prüfen
eines Prüfobjekts
mittels eines interferometrischen Messverfahrens eingesetzten Vorrichtungen
sind in der Regel mit wenigstens einem Messkopf versehen, der eine
Beleuchtungseinheit und eine Bildaufnahmeeinheit aufweist. Die Beleuchtungseinheit
wird häufig
durch einen kohärentes
Licht emittierenden Laser oder Laserdioden gebildet. Die Bildaufnahmeeinheit
ist üblicherweise eine
Kamera, die mit einem Bildsensor, das heißt einem lichtempfindlichen
Halbleitersensor, zum Beispiel einem CCD- oder CMOS-Sensor, versehen
ist. Um ein aussagekräftiges
Messergebnis zu erhalten, ist es erforderlich, das Gesichtsfeld
der Kamera und den zu prüfenden
Abschnitt des Prüfobjekts
auf einander abzustimmen. Gewöhnlich
erfolgt eine solche Abstimmung dadurch, dass der Messkopf in einer Messposition
positioniert und in einer Beobachtungsrichtung ausgerichtet wird,
die sicherstellen, dass einerseits der gewählte Messabschnitt des Prüfobjekts vollständig im
Gesichtsfeld der Kamera liegt und andererseits aufeinander folgende
Messabschnitte sich ausreichend überlappen,
um eine lückenlose
Prüfung
zu ermöglichen.
Die Messposition und die Beobachtungsrichtung des Messkopfs hängen von
den Abmessungen des Prüfobjekts
ab. Demzufolge ist aus der
EP
1 284 409 A1 eine Vorrichtung bekannt, die es ermöglicht,
das Prüfobjekt
optisch, beispielsweise mittels so genannter Lichtschnitte, zu vermessen,
um in Abhängigkeit
von den auf diese Weise gewonnenen Daten den Messkopf zu positionieren
und auszurichten.
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Ein
Reifenprüfgerät, bei dem
ein zu prüfender
Reifen ohne Felge und Radscheibe in einer liegenden Position in
einer Druckkammer angeordnet wird, offenbart die
DE 199 44 314 A1 . Das Reifenprüfgerät weist
mehrere Messköpfe
auf, die sich in einem vorgegebenen Abstand von der inneren Umfangsfläche, der
inneren Seitenfläche
oder der äußeren Seitenfläche des
Reifens positionieren lassen, um den Unterbau des Reifens, das heißt die Karkasse,
einen häufig
zwischen der Karkasse und der Lauffläche angeordneten Gürtel sowie
die Seitenwand des Reifens zu prüfen.
Die Messköpfe
weisen jeweils eine Beleuchtungseinheit und eine Bildaufnahmeeinheit
auf und sind in einem Winkel zueinander angeordnet, so dass unterschiedliche
Abschnitte des Reifens gleichzeitig geprüft werden können, um eine vergleichsweise
schnelle Prüfung
zu erreichen.
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Die
Messköpfe
sind mit einem Positionierungsmittel verbunden, das es ermöglicht,
die Messköpfe
von einer sich außerhalb
des Reifens befindenden und somit einen Wechsel der zu prüfenden Reifen
gewährleistenden
Parkposition in eine sich innerhalb des Reifens befindende Messposition
zu bewegen, um die innere Umfangsfläche und die innere Seitenwand
des Reifens zu prüfen.
Zu diesem Zweck weist das Positionierungsmittel einen in der axialen Richtung
des Reifens verstellbaren Arm auf, an dem die Messköpfe angeordnet
sind. Um die Messköpfe in
der erforderlichen Messposition positionieren und in der gewünschten
Beobachtungsrichtung ausrichten zu können, sind die Messköpfe in radialer
Richtung des Reifens verstellbar und um eine Schwenkachse drehbar
an dem Arm angeordnet.
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Die
Druckkammer wird durch eine Haube gebildet, die an einem vertikal
beweglichen Schlitten angeordnet ist. In der geschlossenen Stellung
der Druckkammer liegt die Haube dichtend auf einem Untergestell
auf, auf dem der zu prüfende
Reifen während
der Prüfung
gelagert ist. Die Haube ist einteilig ausgestaltet und beispielsweise
durch Gießen gefertigt.
Da die Haube den zu prüfenden
Reifen umschließt,
erforderte die Prüfung
von Reifen mit einem vergleichsweise großen Durchmesser eine Dimensionierung
der Haube, die der Haube ein beträchtliches Gewicht verleihen
würde.
Die Haube wäre
in diesem Fall mit einem vertretbaren Aufwand nicht mehr zu handhaben.
Das bekannte Prüfgerät ist daher
faktisch ungeeignet, Reifen mit einem vergleichsweise großen Durchmesser
zu prüfen.
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Ein
Reifenprüfgerät zur holographischen, zerstörungsfreien
Prüfung
von Fahr- und Flugzeugreifen auf Fehlstellen offenbart die
DE 32 25 419 A1 . Das
Reifenprüfgerät weist
ein Untergestell auf, auf dem die zu prüfenden Reifen gelagert werden.
Das Untergestell ist mittels Schwingungsisolatoren abgestützt. Das
Reifenprüfgerät weist
ferner eine Haube auf, die sich aus einem Unterteil und einem Deckelteil zusammensetzt.
Das Deckelteil ist mittels eines Scharniers an dem Unterteil schwenkbar
befestigt. Das Unterteil besteht aus einem Stahlblechzylinder, der
an seinem unteren Rand mit einer durchgehenden Bodenplatte und an
seinem oberen Rand mit einer ringförmigen, horizontalen Platte
verschweißt
ist. Zwischen der ringförmigen
Platte und dem unteren Rand des Deckelteils ist ein Abdichtungsring
aus gummiartigem Werkstoff angeordnet, der bei auf das Unterteil
aufgesetztem Deckelteil die Haube luftdicht abdichtet.
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Eine
holographische Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von
Fahrzeugreifen beschreibt die
DE 26 15 081 A1 . Die Anordnung weist eine
Haube auf, die auf einem Untergestell abgestützt ist.
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Reifen
mit einem vergleichsweise großen Durchmesser
finden vor allem bei schwerem Gerät Anwendung. Schweres Gerät, wie zum
Beispiel Industrie- und
Landwirtschaftsfahrzeuge oder Erdbewegungsmaschinen, werden in der
Regel mit so genannten Off-The-Road(OTR)-Reifen ausgerüstet, die vergleichsweise
große
Durchmesser von zuweilen mehr als 5 m haben. OTR-Reifen haben eine hohe Tragfähigkeit.
So sind OTR-Reifen zum Beispiel in der Lage, Muldenkipper zu tragen,
die für
den Transport im Bergbau oder für
den Frachtumschlag in Häfen
eingesetzt werden und Ladekapazitäten von mehr als 70 Tonnen
haben können.
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Die
Benutzung von OTR-Reifen ist mit erheblichen Risiken verbunden.
So kann zum Beispiel die durch das Platzen eines OTR-Reifens hervorgerufene
Druckwelle einen beträchtlichen
Schaden anrichten und das Leben von Personen, die sich in der Nähe des mit
dem OTR-Reifen ausgerüsteten
Fahrzeugs befinden, erheblich gefährden. Darüber hinaus ist das Liegenbleiben
eines mit einem OTR-Reifen ausgerüsteten Fahrzeugs infolge eines
Reifenschadens mit einer in der Regel schwerwiegenden wirtschaftlichen
Einbuße
verbunden. So sind zum Beispiel Minen oder Bergwerke oftmals mit
nur einspurigen Fahrbahnen versehen, so dass das Liegenbleiben eines
zum Abtransport des abgebauten Rohstoffs, zum Beispiel Erz, eingesetzten
Fahrzeugs einen zeitweiligen Stillstand der Mine oder des Bergwerks
hervorrufen kann. Die Prüfung
von OTR-Reifen auf Fehlstellen ist daher von enormer Bedeutung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Prüfen eines
Prüfobjekts
zu schaffen, durch die sich relativ große Bauteile, insbesondere Reifen
mit einem vergleichsweise großen Durchmesser,
prüfen
lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen dieser Vorrichtung werden in den Ansprüchen 2 bis
28 definiert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Prüfen
eines Prüfobjekts
ist mit wenigstens einem Messkopf versehen, durch den das Prüfobjekt
zum Erzeugen eines Messergebnisses abtastbar ist. Der Messkopf oder
die Messköpfe
haben zum Beispiel eine Ausgestaltung wie sie in der
EP 1 014 036 B1 beschrieben
ist, um das Prüfobjekt
mittels eines interferometrischen Messverfahrens zu prüfen. Grundsätzlich ist
es auch möglich,
dass der Messkopf eine Ausgestaltung hat, die es ermöglicht,
andere zerstörungsfreie
Messverfahren, wie zum Beispiel Ultraschallprüfung oder Durchstrahlungsprüfung mittels Röntgenstrahlen,
durchzuführen.
Weiterhin ist es möglich,
dass mehrere Messköpfe
vorhanden sind, mittels denen unterschiedliche Messverfahren durchgeführt werden
können,
zum Beispiel ein oder mehrere Messköpfe zur Durchführung eines
interferometrischen Messverfahrens und ein oder mehrere Messköpfe zur
Durchführung
einer Durchstrahlungsprüfung
mittels Röntgenstrahlen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist ferner mit einem Positionierungsmittel versehen, durch das der
Messkopf zwischen einer außerhalb
des Prüfobjekts
befindlichen Parkposition und einer beispielsweise innerhalb des Prüfobjekts
befindlichen Messposition bewegt werden kann. Weiterhin ist die
Vorrichtung mit einer Druckkammer versehen, in welcher das Prüfobjekt während der
Prüfung
einem vorgegebenen Druck aussetzbar ist und die eine Haube aufweist.
Die Vorrichtung weist außerdem
ein Untergestell, auf dem das Prüfobjekt
während
der Prüfung
lagerbar ist, und eine Unterlage, die mit einer Vertiefung versehen
ist, auf.
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Das
Untergestell ist auf einem Lagerelement abgestützt, das vorzugsweise auf der
Unterlage angeordnet ist und durch das die Übertragung von Schwingungen
von der Unterlage auf das Untergestell reduziert werden kann. Die
Haube ist in bevorzugter Ausgestaltung separat von dem Untergestell auf
der Unterlage abgestützt,
so dass das Lagerelement eigens für die Abstützung des Untergestells ausgelegt
werden kann. Diese funktionale Entkopplung kommt vor allem dann
zum Tragen, wenn relativ große
Bauteile, wie zum Beispiel OTR-Reifen, geprüft werden sollen und folglich
die Haube verhältnismäßig groß und schwergewichtig
ist.
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Die
Haube weist einen Randabschnitt auf und hat eine offene Seite, die
der Unterlage zugewandt und von dem Randabschnitt eingefasst ist.
Die Unterlage trägt
demzufolge dazu bei, die Druckkammer abzuschließen. Bei der Unterlage handelt
es sich im einfachsten Fall um den Boden, beispielsweise das Fundament
eines Gebäudes.
Die Unterlage kann allerdings auch eine auf dem Boden angeordnete Platte
oder ein sonstiger Untergrund sein, der geeignet ist, die Druckkammer
druckdicht abzuschließen. Der
Randabschnitt der Haube ist in der Vertiefung der Unterlage angeordnet.
Auf diese Weise ergibt sich ein Formschluss zwischen der Haube und
der Unterlage, der zum einen zu einer zuverlässigen Abstützung der Haube und zum anderen
zu einer wirksamen Abdichtung der durch die Haube und die Unterlage
gebildeten Druckkammer gegenüber
der Umgebung beiträgt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Randabschnitt auf dem Grund der Vertiefung abgestützt. In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Randabschnitt
in einem Abstand zu dem Grund angeordnet. Eine solche Ausgestaltung
lässt sich
vergleichsweise einfach dadurch realisieren, da die Vertiefung erfindungsgemäß mit einer
Füllmasse
gefüllt wird.
Auf diese Weise wird der Randabschnitt in der Füllmasse eingebettet. Die Füllmasse
ermöglicht eine
druckdichte Abdichtung der Haube gegenüber der Unterlage, und zwar
auch dann, wenn die Unterlage uneben ist. In Abhängigkeit von der Art der Füllmasse
kann diese zudem zu einer dämpfenden
Abstützung
der Haube auf der Unterlage beitragen.
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Die
Füllmasse
kann aus jedem geeigneten Werkstoff bestehen. Als besonders vorteilhaft
hat es sich jedoch erwiesen, wenn die Füllmasse aus Beton, vorzugsweise
Estrichbeton, Polymerbeton oder Asphaltbeton, oder Kunststoff, vorzugsweise
Kunstharz oder Silikon, besteht. Die Füllmasse ermöglicht in diesem Fall auf einfache
Weise einen zusätzlichen Stoffschluss
zwischen Haube und Unterlage, der eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet.
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Die
Vertiefung kann jede geeignete Form haben und sich beispielsweise über die
gesamte Grundfläche
der Haube erstrecken. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die
Vertiefung jedoch als ein sich entlang dem Randabschnitt erstreckender
Graben ausgestaltet, so dass der Randabschnitt zwischen den Seitenwänden des
Grabens aufgenommen wird.
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Der
Randabschnitt ist bevorzugt im Querschnitt im Wesentlichen I-förmig, L-förmig oder T-förmig ausgestaltet.
Vor allem ein L-förmiger
oder T-förmiger
Querschnitt bietet eine relativ große Standfläche, die eine sichere Abstützung gewährleistet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Lagerelement
als Schwingungsisolator ausgestaltet, um die auftretenden Schwingungen, insbesondere
Luft- und Körperschall,
zu minimieren. In diesem Fall ist die Federsteife des Lagerelements an
die abgestützte
Masse und die Frequenz der zu isolierenden Schwingung so angepasst,
dass die Eigenfrequenz von Lagerelement und Masse weit unterhalb
der Anregungsfrequenz liegt. Diese Abstimmung des Lagerelements
lässt sich
auf Grund der voneinander entkoppelten Abstützung von Haube und Untergestell
deutlich einfacher vornehmen als im Stand der Technik. Dies gilt
vor allem dann, wenn das Prüfobjekt
vergleichsweise groß ist,
wie zum Beispiel ein OTR-Reifen, so dass die das Prüfobjekt
umgebende Haube ebenfalls vergleichsweise groß und damit in der Regel schwergewichtig
ist. Als schwingungsisolierendes Lagerelement können in an sich bekannter Weise
Gummi-Metall-Bauteile eingesetzt wer den, wie zum Beispiel Gummifedern.
Möglich
ist allerdings auch, das Lagerelement mittels Stahlfedern, Luftfedern
und/oder hydropneumatische Federn auszugestalten. Darüber hinaus
kann das Lagerelement in Abhängigkeit
vom jeweiligen Anwendungsfall auch als Schwingungsdämpfer oder Schwingungstilger
ausgestaltet sein.
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Vor
allem dann, wenn die Haube über
verhältnismäßig große Abmessungen
verfügt,
ist es vorteilhaft, wenn die Haube im Wesentlichen zerstörungsfrei
zerlegbar ist. Die Haube kann auf diese Weise in einzelne Bestandteile
zerlegt werden, um beispielsweise einen einfachen Transport zu gewährleisten.
In diesem Zusammenhang ist es ferner von Vorteil, wenn auch das
Untergestell und/oder das Positionierungsmittel im Wesentlichen
zerstörungsfrei zerlegbar
sind.
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Vorteilhaft
ist ferner, das Positionierungsmittel an dem Untergestell abzustützen, so
dass für
das Positionierungsmittel keine eigenen Lagerelemente erforderlich
sind. Möglich
ist allerdings auch, das Positionierungsmittel separat von dem Untergestell
mittels eines Lagerelements auf der Unterlage abzustützen.
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Bevorzugt
ist die Haube mit einer Erweiterung versehen, die in der Parkposition
zumindest einen Teil des Positionierungsmittels aufnimmt. Eine solche
Ausgestaltung ermöglicht
es, die Haube vornehmlich in Hinsicht auf die Größe des Prüfobjekts zu dimensionieren
und damit vergleichsweise kompakt auszugestalten, so dass die Druckkammer
relativ schnell evakuiert oder mit Druck beaufschlagt werden kann,
wie es beispielsweise erforderlich ist, wenn ein Reifen mittels
eines shearographischen Messverfahrens geprüft wird. Die Erweiterung, die
hauptsächlich
das Positionierungsmittel und unter Umständen auch den Messkopf aufnimmt,
verfügt über ein
vergleichsweise geringes Volumen, so dass die Zeitdauer, die benötigt wird,
um eine Druckänderung
in der Druckkammer durchzuführen,
durch das Volumen der Erweiterung nur marginal beeinflusst wird.
Der Ort der Erweiterung hängt
von der Ausgestaltung des Positionierungsmittels ab. So kann sich
die Erweiterung beispielsweise im Bereich einer Deckfläche und/oder
einer Seitenfläche
der Haube erstrecken.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn die Haube einen Rahmen aufweist, der mittels
einer Vielzahl an Paneelen verkleidet ist. Die zweckmäßigerweise
mittels einer Dichtung druckdicht abgedichteten Paneelen ermöglichen
eine Anpassung der Haube an das durchzuführende Messverfahren. Wird
zum Beispiel eine Durchstrahlungsprüfung mittels Röntgenstrahlen
durchgeführt,
so können
die Paneelen beispielsweise mit Blei beschichtet sein, um eine Abschirmung
gegen die Röntgenstrahlen
zu gewährleisten. Um
zum einen ein einfaches Austauschen der Paneelen und zum anderen
ein den Transport erleichterndes Zerlegen der Haube zu gewährleisten,
sind die Paneelen vorteilhafterweise mittels Befestigungselementen,
zum Beispiel Schrauben, lösbar
an dem Rahmen befestigt. Zu einem einfachen Transport der Haube
trägt ferner
bei, wenn der Rahmen vorteilhafterweise im Wesentlichen zerstörungsfrei
in eine Vielzahl an Rahmenteilen zerlegbar ist. Die Rahmenteile
können
beispielsweise mittels Schrauben miteinander verbunden sein.
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Bevorzugt
ist die Haube mit einer Tür
versehen, die vorzugsweise einflügelig
oder zweiflügelig ausgestaltet
ist. Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß der
DE 199 44 314 A1 ist es
aufgrund der Tür
nicht erforderlich, die Haube anzuheben, um das Prüfobjekt
auf dem Untergestell anzuordnen. Vielmehr kann das Prüfobjekt
durch die Tür
hindurch in die Druckkammer transportiert werden. Das Vorsehen der
Tür kommt
vor allem bei vergleichsweise großen Prüfobjekten, wie zum Beispiel
OTR-Reifen, zum Tragen, da in diesem Fall die Haube vergleichsweise
schwergewichtig ist, so dass beispielsweise die Gestaltung eines
die Haube absenkenden und anhebenden Schlittens einen hohen Aufwand
erforderte. Bei vergleichsweise großen Prüfobjekten und einer demzufolge
erforderlichen großen
Türöffnung bietet es
sich an, die Tür
zwei- oder mehrflügelig
auszugestalten, um ein einfaches Öffnen und Schließen der
Tür sicherzustellen
und, wenn die Tür
vorteilhafterweise als Schwenktür
ausgestaltet ist, einen möglichst
kleinen Schwenkbereich zu erhalten. Die als Schwenktür ausgestaltete
Tür ist
zweckmäßigerweise
entweder um eine vertikale Achse oder um wenigstens eine horizontale
Achse schwenkbar. Im ersteren Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
die Tür mit
einem Stützrad
zu versehen, das ein einfaches Öffnen
und Schließen
der Tür
auch dann sicherstellt, wenn diese vergleichsweise groß und schwergewichtig
ist. Im letzteren Fall ist es von Vorteil, die Tür mit einem Gegengewicht zu
verbinden, das ein leichtes Öffnen
und Schließen
der beispielsweise schwenk- und verschiebbar gelagerten Tür gewährleistet.
Je nach Anwendungsfall kann die Tür jedoch insbesondere auch
als Schiebe- oder
Rolltür
ausgestaltet sein. Die Tür
ist zweckmäßigerweise
im geschlossenen Zustand mittels einer Dichtung druckdicht abgedichtet,
um eine Druckänderung
in der Druckkammer vornehmen zu können, wie dies beispielsweise
bei einem shearographischen Messverfahren erforderlich ist.
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Weiterhin
ist es in Hinsicht auf eine sicherheitsgerechte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil, die Druckkammer mit
einem Sicherheitsventil zu versehen. Das Sicherheitsventil dient
dazu, einen übermäßigen Unterdruck und/oder Überdruck
in der Druckkammer zu vermeiden. Vor allem dann, wenn vergleichsweise
große Prüfobjekte
geprüft
werden und demzufolge die Druckkammer über ein großes Volumen verfügt, hat es
sich herausgestellt, dass schon eine den vorgegebenen Druck um ca.
150 mbar über-
oder unterschreitende Druckdifferenz zu bleibenden Verformungen
der Haube führen
kann.
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Bevorzugt
ist der Messkopf durch das Positionierungsmittel in einer axialen
Richtung und/oder in einer radialen Richtung bewegbar. Eine solche
Ausgestaltung bietet sich vor allem dann an, wenn das Prüfobjekt
rotationssymmetrisch ist, wie zum Beispiel ein Reifen. Eine praxisgerechte
Prüfung
ergibt sich oftmals dann, wenn das Prüfobjekt in einer liegenden Position
geprüft
wird. In diesem Fall verläuft
die axiale Richtung vertikal, wohingegen die radiale Richtung horizontal
verläuft.
Je nach Anwendungsfall kann es allerdings zweckmäßig sein, das Prüfobjekt
in einer aufrechten Position zu prüfen, so dass die axiale Richtung
horizontal verläuft,
wie es zum Beispiel aus der
DE 203 14 939 U1 bekannt ist. Eine solche
Anordnung bietet sich vor allem dann an, wenn das Prüfobjekt,
zum Beispiel ein OTR-Reifen, vergleichsweise schwergewichtig ist
und damit ein Wenden des Prüfobjekts
mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden ist.
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Bevorzugt
umfasst das Positionierungsmittel eine erste Verstelleinheit, durch
die der Messkopf in der axialen Richtung bewegbar ist, und eine
zweite Verstelleinheit, durch die der Messkopf in radialer Richtung
bewegbar ist. Die Verstelleinheiten sind beispielsweise als Linearführung oder
Linearmotor ausgestaltet und können
aneinander gekoppelt sein. Je nach Anwendungsfall kann das Positionierungsmittel zudem
weitere Verstelleinheiten aufweisen, die beispielsweise ein Schwenken
des Messkopfs um eine horizontale und/oder vertikale Achse ermöglichen.
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Handelt
es sich bei dem Prüfobjekt
um einen rotationssymmetrischen Körper, wie zum Beispiel einen
Reifen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Messkopf
relativ zu dem Prüfobjekt
um eine sich in der axialen Richtung erstreckende Rotationsachse oder
Rollachse drehbar ist. Das Prüfobjekt
kann auf diese Weise in Umfangsrichtung vollständig abgetastet werden. In
diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, das Untergestell
mit einer Drehvorrichtung zu versehen, durch die das Prüfobjekt
um die Rotationsachse drehbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann
die Relativbewegung von Prüfobjekt
und Messkopf durch eine drehbare Ausgestaltung des Positionierungsmittels
erreicht werden.
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Um
ein interferometrisches Messverfahren durchzuführen, umfasst der Messkopf
vorteilhafterweise eine Beleuchtungseinheit, durch die das Prüfobjekt
beleuchtet wird, ein Shearingelement, durch das die von dem Prüfobjekt
rückgestreuten
Lichtbündel
zur Interferenz gebracht werden und einen elektronischen Bildsensor,
der im Strahlengang des Shearingelements angeordnet ist und die
interferierenden Lichtbündel
aufnimmt. Je nach Anwendungsfall kann die zum Beispiel durch Laserdioden
gebildete Beleuchtungseinheit entweder integraler Bestandteil des
Messkopfes oder von diesem separat ausgebildet sein.
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In
Hinsicht auf eine praxisgerechte Ausgestaltung ist es außerdem von
Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Steuer- und Auswerteeinrichtung umfasst, mittels der das Positionierungsmittel
und/oder die Drehvorrichtung und/oder der Messkopf und/oder der
in der Druckkammer herrschende Druck gesteuert und das erzielte
Messergebnis ausgewertet werden können.
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Einzelheiten
und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
In den die Ausführungsbeispiele
lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen
im Einzelnen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Prüfen eines Reifens, die eine
Druckkammer umfasst, in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Druckkammer, die einen Rahmen und eine
Vielzahl an Paneelen aufweist;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des in 1 mit III gekennzeichneten Bereichs;
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4 einen
Querschnitt gemäß 1,
der eine zweite Ausführungsform
der Vorrichtung zeigt, und
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5 eine
vergrößerte Darstellung
des in 4 mit V gekennzeichneten Bereichs.
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Die
in
1 dargestellte Vorrichtung dient zum Prüfen eines
Prüfobjekts
mittels eines interferometrischen Messverfahrens. Bei dem Prüfobjekt
handelt es sich im vorliegenden Fall um einen Reifen
10, der
ein OTR-Reifen sein kann. Die Vorrichtung weist wenigstens einen
Messkopf
20 auf, durch den der Reifen
10 zum Erzeugen
eines Messergebnisses abgetastet werden kann. Der Messkopf
20 kann
eine Ausgestaltung haben, wie sie aus der
EP 1 014 036 B1 bekannt
ist, um den Reifen
10 mittels eines interferometrischen,
insbesondere eines shearographischen, Messverfahrens zu prüfen. Demnach
verfügt der
Messkopf
20 über
eine Beleuchtungseinheit, durch die sich der Reifen
10 beleuchten
lässt und
die zum Beispiel durch eine Vielzahl an Laserdioden
21 gebildet
wird. Der Messkopf
20 weist ferner ein Shearingelement
auf, durch das die von dem Reifen
10 rückgestreuten Lichtbündel zur
Interferenz gebracht werden. Das Shearingelement setzt sich zum
Beispiel aus einem Strahlteiler, einem bewegbaren Spiegel und einem
stationären
Spiegel zusammen. Weiterhin weist der Messkopf
20 eine
Kamera
22 auf, die mit einem elektronischen Bildsensor,
zum Beispiel einem CCD- oder CMOS-Sensor, versehen ist. Der Bildsensor
ist im Strahlengang des Shearingelements angeordnet und dient dazu,
die interferierenden Lichtbündel
aufzunehmen.
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Die
Vorrichtung weist ferner ein Positionierungsmittel 30 auf,
durch das der Messkopf 20 zwischen einer Parkposition und
einer Messposition bewegt werden kann. Das Positionierungsmittel 30 umfasst
eine erste Verstelleinheit 31, durch die der Messkopf 20 in
einer axialen Richtung z bewegt werden kann. Außerdem umfasst das Positionierungsmittel 30 eine
zweite Verstelleinheit 32, durch die der Messkopf 20 in
einer radialen Richtung r, die sich orthogonal zur axialen Richtung
z erstreckt, bewegt werden kann. Die Verstelleinheiten 31, 32 sind
zum Beispiel als Linearführung
oder Linearmotor ausgestaltet und ermöglichen demzufolge eine geradlinige Bewegung
des Messkopfs 20 in der axialen Richtung z und der radialen
Richtung r. Die Verstelleinheit 31 ist an die Verstelleinheit 32 gekoppelt,
so dass sich die Verstelleinheit 31 durch die Verstelleinheit 32 in radialer
Richtung r bewegen lässt.
Die Verstelleinheit 32 ist an einem stationären, zweckmäßigerweise
im Wesentlichen zerstörungsfrei
zerlegbaren Portal 33 abgestützt. Der Messkopf 20 ist
mit der Verstelleinheit 31 verbunden und kann bei Bedarf
mittels einer weiteren Verstelleinheit um eine sich beispielsweise in
horizontaler Richtung erstreckende Schwenkachse geschwenkt werden,
um den Messkopf 20 in der gewünschten Messposition auszurichten.
An dem Positionierungsmittel 30 kann eine nicht dargestellte Schutzblende
angeordnet sein, durch die der Messkopf 20 in der Parkposition
abgeschirmt wird.
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Weiterhin
weist die Vorrichtung eine Druckkammer auf, in welcher der Reifen 10 einem
vorgegebenen Druck ausgesetzt werden kann. Der in der Druckkammer
herrschende Druck kann ein Überdruck
oder ein Unterdruck sein. Ein nicht dargestelltes Sicherheitsventil
verhindert, dass in der Druckkammer ein übermässiger, eine Verformung oder
Beschädigung
der Druckkammer hervorrufender Überdruck
oder Unterdruck auftreten kann. Im Zusammenhang mit einem shearographischen
Messverfahren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als Referenzzustand
den Atmosphärendruck
zu wählen
und als Messzustand einen Unterdruck vorzusehen, auf den die Druckkammer
evakuiert wird. Um eine schnelle Änderung des Drucks in der Druckkammer herbeizuführen, kann
in der Druckkammer wenigstens ein Füllkörper angeordnet sein, der das
Volumen der Druckkammer verkleinert.
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Die
Druckkammer umfasst eine Haube 40, die einen Randabschnitt 41 aufweist
und eine offene Seite hat, die von dem Randabschnitt 41 eingefasst und
einer Unterlage 70 zugewandt ist. Bei der Unterlage 70 handelt
es sich zum Beispiel um das Fundament des Gebäudes, in dem die Vorrichtung
aufgestellt ist.
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Die
Vorrichtung weist überdies
ein Untergestell
60 auf, auf dem der Reifen
10 während der
Prüfung
gelagert wird und an dem das Portal
33, an dem das Positionierungsmittel
30 befestigt
ist, abgestützt ist.
Der Reifen
10 kann, wie in
1 zu erkennen
ist, liegend oder, wie es beispielsweise aus der
DE 203 14 939 U1 bekannt
ist, stehend gelagert werden. Im Fall der liegenden Lagerung des
Reifens
10 verläuft die
axiale Richtung z vertikal und die radiale Richtung r horizontal.
Das Untergestell
60 ist mit einer Drehvorrichtung
62 versehen,
die eine Rotation des Reifens
10 um eine Rotationsachse
R ermöglicht.
Die Rotationsachse R erstreckt sich im Fall der liegenden Lagerung
des Reifens
10 auf dem Untergestell
60 in der
axialen Richtung z. Das Untergestell
60 ist mittels einer
Vielzahl an Lagerelementen
61 an der Unterlage
70 abgestützt. Bei
den Lagerelementen
61 handelt es sich zweckmäßigerweise
um Schwingungsisolatoren, durch welche die Übertragung von auftretenden
Schwingungen von der Unterlage
70 auf das Untergestell
60 minimiert
wird.
-
Wie
insbesondere 2 zu erkennen gibt, ist die
Haube 40 mit einer Erweiterung 42 versehen, die
sich im Bereich der Deckfläche
der Haube 40 in radialer Richtung r erstreckt. Die Erweiterung 42 dient
dazu, zumindest in der Parkposition des Messkopfs 20 einen
Teil der Verstelleinheit 31 aufzunehmen. Auf Grund der
Erstreckung der Erweiterung 42 in radialer Richtung r ist
es möglich,
die Verstelleinheit 31 zusammen mit der Verstelleinheit 32 in
radialer Richtung r zu bewegen.
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Die
Haube 40 weist einen Rahmen 43 auf, der in eine
Vielzahl an Rahmenteilen zerlegbar ist. Die Rahmenteile sind zweckmäßigerweise
mittels Schrauben oder Bolzen miteinander verbunden, um eine einfache
Montage und im Wesentlichen zerstörungsfreie Demontage des Rahmens 43 zu
ermöglichen.
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Der
Rahmen 43 ist mittels einer Vielzahl an Paneelen 44 verkleidet.
Die Paneelen 44 sind mittels Schrauben 46 lösbar an
dem Rahmen 43 befestigt, um eine einfache Montage und im
Wesentlichen zerstörungsfreie
Demontage der Haube 40 zu ermöglichen. Darüber hinaus
sind die Paneelen 44 mittels einer Dichtung 45 druckdicht
abgedichtet. Die Haube 40 ist außerdem mit einer Tür 49 versehen,
die, wie 2 zu erkennen gibt, beispielsweise
als einflügelige,
um eine vertikale Achse schwenkbare Schwenktür ausgestaltet sein kann. Die
Tür 49 liegt
im geschlossenen Zustand an einer durch die Haube 40 gebildeten
Zarge 47 an und ist mittels einer Dichtung 50 druckdicht
abgedichtet. Um eine zuverlässige
Abdichtung zu gewährleisten,
ist die Haube 40 zudem mit einer Türschwelle 48 versehen,
an welcher die Dichtung 50 im geschlossenen Zustand der
Tür 49 anliegt.
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Wie
insbesondere die 1, 2 und 4 zu
erkennen geben, ist die Unterlage 70 mit einer Vertiefung 71 versehen.
Die Vertiefung 71 ist als ein sich entlang dem Randabschnitt 41 der
Haube 40 erstreckender Graben ausgestaltet, der einen Grund 72 und
zwei Seitenwände 74, 75 aufweist.
Der Randabschnitt 41 ist in der Vertiefung 71 angeordnet. In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Randabschnitt 41 dabei
auf dem Grund 72 abgestützt.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform hingegen
ist der Randabschnitt 41 in einem Abstand a zu dem Grund 72 angeordnet.
Die Ausführungsform
gemäß 4 unterscheidet
sich von der Ausführungsform
gemäß 1 zudem
durch die Ausgestaltung des Randabschnitts 41, der bei
der Ausführungsform
gemäß 1 im
Querschnitt I-förmig
ist, wie insbesondere 3 zu erkennen gibt, und bei der
Ausführungsform
gemäß 4 im
Querschnitt T-förmig ist,
wie insbesondere 5 zu erkennen gibt. Gemeinsam
ist den Ausführungsformen
gemäß den 1 und 4,
dass der Randabschnitt 41 in einer Füllmasse 73 eingebettet
ist, mit der die Vertiefung 71 gefüllt ist. Die einen Stoffschluss
zwischen Haube 40 und Unterlage 70 hervorrufende
Füllmasse 73 besteht
zum Beispiel aus Beton oder Kunststoff und gewährleistet zum einen eine sichere
Abstützung
der Haube 40 auf der Unterlage 70 und zum anderen
eine zuverlässige
Abdichtung der durch die Haube 40 und die Unterlage 70 gebildeten
Druckkammer gegenüber
der Umgebung.
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Um
ein shearographisches Messverfahren durchzuführen, wird der Reifen 10 mittels
der kohärentes
Licht emittierenden Laserdioden 21 beleuchtet. Üblicherweise
wird zum Prüfen
der inneren Umfangsfläche
des Reifens 10 sowohl der Bereich des Gürtels des Reifens 10 als
auch die sich im Übergang von
der Lauffläche
auf die Seitenwände
befindende Schulter des Reifens 10 beleuchtet. Die Seitenwände des
Reifens 10 werden im Allgemeinen zwar von außen geprüft, können aber
bei einer ausreichend großen
Reifenbreite beziehungsweise ausreichend großem Wulstabstand des Reifens 10 auch
von innen geprüft
werden. Die von der Oberfläche
des Reifens 10 rückgestreuten
Lichtbündel
werden mittels eines Objektivs aufgenommen und auf das Shearingelement
des Messkopfs 20 abgebildet sowie mit Hilfe von diesem
zur Interferenz gebracht. Die interferierenden Lichtbündel werden
mittels des im Strahlengang des Shearingelements angeordneten Bildsensors
der Kamera 22 aufgenommen, um ein Interferogramm zu erzeugen.
Der Messkopf 20 ist mit einer nicht dargestellten Steuer-
und Auswerteeinrichtung verbunden, welche die erzeugten Interferogramme verarbeitet,
um beispielsweise aus unterschiedlichen Zuständen des Reifens 10,
die sich auf Grund einer Änderung
des Drucks in der Druckkammer ergeben, ein die Verformung an der
Oberfläche
des Reifens 10 anzeigendes Shearogramm zu erstellen. Die
Steuer- und Auswerteeinrichtung dient zudem insbesondere dazu, das
Positionierungsmittel 30, die Drehvorrichtung 62,
den Messkopf 20 und den in der Druckkammer herrschenden
Druck zu steuern.
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Die
zuvor beschriebene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass relativ
große
Bauteile, wie zum Beispiel OTR-Reifen mit einem Durchmesser von
zuweilen mehr als 5 m, geprüft
werden können. Dies
ist vor allem darauf zurückzuführen, dass
die Haube 40 und das Untergestell 60 unabhängig voneinander
auf der Unterlage 70 abgestützt werden. Die voneinander
entkop gelte Abstützung
von Haube 40 und Untergestell 60 ermöglicht eine
einfache Anpassung der Lagerelemente 61 an die abzustützende Masse,
welche das Untergestell 60 hat. Darüber hinaus stellen die einfache
Montage und zerstörungsfreie
Demontage der Haube 40 sicher, dass die Vorrichtung auch
dann noch einfach transportiert werden kann, wenn die Druckkammer
aufgrund der Dimensionen des Prüfobjekts
verhältnismäßig groß ist.
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Nicht
zuletzt tragen der durch die Anordnung des Randabschnitts 41 der
Haube 40 in der Vertiefung 71 der Unterlage 70 hervorgerufene
Formschluss und der durch die Einbettung des Randabschnitts 41 in
die in der Vertiefung 71 vorhandene Füllmasse 73 hervorgerufene
Stoffschluss zwischen Haube 40 und Unterlage 70 zu
einer sicheren Abstützung
der Haube 40 auf der Unterlage 70 und einer zuverlässigen Abdichtung
der durch die Haube 40 und die Unterlage 70 gebildeten
Druckkammer gegenüber
der Umgebung bei.
-
- 10
- Reifen
- 20
- Messkopf
- 21
- Laserdiode
- 22
- Kamera
- 30
- Positionierungsmittel
- 31
- erste
Verstelleinheit
- 32
- zweite
Verstelleinheit
- 33
- Portal
- 40
- Haube
- 41
- Randabschnitt
- 42
- Erweiterung
- 43
- Rahmen
- 44
- Paneel
- 45
- Dichtung
- 46
- Schraube
- 47
- Zarge
- 48
- Türschwelle
- 49
- Tür
- 50
- Dichtung
- 60
- Untergestell
- 61
- Lagerelement
- 62
- Drehvorrichtung
- 70
- Unterlage
- 71
- Vertiefung
- 72
- Grund
- 73
- Füllmasse
- 74
- Seitenwand
- 75
- Seitenwand
- R
- Rotationsachse
- a
- Abstand
- r
- radiale
Richtung
- z
- axiale
Richtung