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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kostengünstigen Schneiden von Profilen in Fahrzeug-Reifen.
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Das bisherige Verfahren des Nachschneidens von Reifenprofilen zur Verlängerung der Laufleistung von Fahrzeugreifen ist als manueller Schneidprozess bei so genannten, als ”regroovable” deklarierten Reifen üblich.
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Ein manueller Schneidprozess erfordert etwa 30 Minuten, zusätzlich zur Demontage und erneuten Montage des so behandelten Reifens. Neben der Erhöhung der Laufleistung ist hierbei als weiterer Vorteil ein geringerer Rollwiderstand des nachgeschnittenen Reifens und eine somit erreichte Brennstoffersparnis zu nennen.
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Zum Stand der Technik ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 055 508 A1 eine automatisierte Reifenprofil-Nachschneidvorrichtung bekannt.
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LKW-Reifen werden aus konstruktiven Gründen so ausgeführt, dass nach Abnutzung des Profils auf die zulässige Tiefe eine ausreichend dicke Verschleißschicht übrig bleibt. Diese Restschicht kann durch Nachschneiden des Profils zu einer Verlängerung der Laufleistung des Reifens genutzt werden.
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Das Nachschneiden wird bisher überwiegend mit Hand-Profilschneidern vorgenommen. Unter den vorliegenden Vorschlägen für eine Verbesserung und Automatisierung dieses Vorgangs werden zwar zahlreiche Verbesserungen der Schneidgeräte selbst vorgestellt, jedoch wird der Vorgang des Nachschneidens nicht so gestaltet, dass die schwere körperliche Arbeit der Führung eines Schneidwerkzeugs überflüssig würde.
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Denn bisherige Ansätze der Automatisierung für den Vorgang des Nachschneidens gehen davon aus, dass die alte Kontur des abgenutzten Reifensegments sowohl in der Auslenkung gegenüber der Laufrichtung des Reifens, wie auch hinsichtlich der Schneidtiefe, mittels einer mechanischen Abtastung erfasst und das Schneidgerät dieser alten Kontur nachgeführt wird.
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In der Praxis erwies sich dieses Vorgehen jedoch als problembehaftet, weil schon bei kleineren Beschädigungen des Reifens, etwa lokalen punktuellen Ausbrüchen, der Schneidstachel in die Karkasse eindringt und den gesamten Reifen damit unbrauchbar macht. Auch hinsichtlich der waagrechten Nachführung des Profilverlaufs erwies sich diese bekannte mechanische Nachführung als wenig geeignet wenn leichte, ansonsten harmlose, Beschädigungen vorlagen. Zudem führten auch lokale Bechädigungen, etwa verursacht durch Bremsblockaden, zu Problemen.
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Deshalb liegt der
DE 10 2006 055 508 die Zielsetzung zugrunde, die Arbeit des Nachschneidens zu erleichtern, bis dahin, sie vollständig zu automatisieren.
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Zur Erreichung dieser Zielsetzung soll deshalb nach den Angaben im Kennzeichen des Anspruchs unter Schutz gestellt werde, dass der Reifen in eine Halterung drehbar eingespannt ist und diese dem Reifenprofil entsprechend angetrieben wird.
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Detailliert wird die horizontale Richtungsführung des Schneidgeräts durch eine optische Erfassung des vorhandenen Profils, vorzugsweise unter Abgleich mit einer Profilbibliothek und eines daraus berechneten Führungswinkels, bestimmt und über elektromechanische Stellglieder bewirkt.
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Die Vertikalführung des Schneidgeräts wird durch VCDR(Very Close Distance Radar)-Sensoren bestimmt, die jeweils entsprechend dem Reifenaufbau an der Stahl- oder Gewebekarkasse des Reifens charakteristische Reflektionsformen aufnehmen.
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Damit kann das Schneidgerät über einen Höhenaktor so geführt werden, dass auch bei einer Verformung (Höhenschlag) des Reifens und ungleichmäßiger Dicke der verbliebenen Deckschicht zur Sicherheit ein gleichmäßiger Abstand zur Karkasse gewahrt bleibt. Mittels einer Nahfeld-Radareinrichtung wird der Abstand zur Reifenkarkasse gemessen. Mittels einer Video-Kamera werden das Reifenprofil und die Position des Schneidgeräts gemessen.
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Hierbei wird das zu bearbeitende Rad jedoch vom Fahrzeug abgenommen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit zu schaffen die Profile von Reifen eines Fahrzeugs automatisch so nachzuschneiden, dass der jeweilige Reifen nicht vom Fahrzeug abgenommen werden muss.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1, bzw. das Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Unterflur-Anlage
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2: eine Schräg-Ansicht auf Details der Unterflur-Anlage
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3: eine Detail-Ansicht einer Bearbeitungs-Seite
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4: ein Werkzeugwechsler-Magazin 14 auf einem Schneidkopfantrieb
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5: eine Darstellung des Mechanismus beim Werkzeugwechsel
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6: eine Darstellung der Scan-Einheit
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7: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Lafette
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Unterflur-Anlage.
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Hier ist mit 1 das Fundament der gesamten Anlage mit einem Laufgraben bezeichnet. Die gezeichnete Fahrzeugachse mit den Reifen 2 befindet sich auf dem Anlagenteil mit der Schneid-Einheit 3 und der Scan-Einheit 4.
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Die gezeigte, in Behandlung befindliche, Fahrzeugachse steht auf Rollen, wie sie zum Beispiel von Rollenprüfständen bekannt sind. Mittels des Drehens der Rollen bewegt sich die gesamte Lauffläche eines Reifens an der Scan-Einheit 4 und/oder der Schneid-Einheit 3 vorbei.
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Die 2: zeigt eine Schräg-Ansicht auf Details der Unterflur-Anlage nach 1. Im rechten Winkel zu den Außenkanten des Fundaments 1 sind hier die vier Antriebswalzen 15 für die Reifen der in 1 gezeigten Fahrzeugachse zu sehen. In der Mitte von jeweils zwei Antriebswalzen 15 verläuft jeweils in der gleichen Richtung eine Bürstenwalze 19, wobei einer der Servomotoren 5 für den Antrieb der Antriebswalzen 15 und der Bürstenwalzen 19 im vorderen Teil auf der Seite der Anlage mit dem Antriebsriemen 6 und dem zugehörigen Winkelgetriebe 7 zu sehen ist.
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Bei den Antriebswalzen 15 kann es sich um Teile eines normalen Bremsenprüfstands handeln, sodass mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch normale Bremskraft-Messungen machen lassen.
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Zwischen einer vorderen Antriebswalze 15 und der zugeordneten Bürstenwalze 19 ist jeweils ein Schneidwerkzeug 18 dargestellt. Diese Schneidwerkzeuge sind wegen ihrer geringen räumlichen Ausdehnung in dieser Darstellung der 2 natürlicherweise undeutlich zu sehen. Im vorderen Teile der gezeigten Anlage sind eine, zu diesem Schneidkopf zugehörige, Antriebseinheit 9, eine Schneidkopfbrücke 10 und die Schlauchkette 8 für die zugehörigen Steuerleitungen dargestellt. Parallel zu den beiden Gruppen der Antriebswalzen 15 ist auf der hinteren Seite jeweils ein Abdeckblech einer Scan-Einheit 4 zu erkennen wobei auf der hinteren Abdeckung vier schlitzartige Öffnungen 16 für den Durchtritt von Laser-Strahlen und 3 Abdeckungen für Kameras 17 bezeichnet sind. Bei der vorderen Scan-Einheit sind die drei Sicht-Öffnungen 21 für die Kameras der Scan-Einheit 4 zu sehen Hier werden als Vorstufe zum eigentlichen Vorgang des Nachschneidens im Wesentlichen folgende Maßnahmen getroffen:
- 1) Die Messung des Abstands der Außenkontur des Reifens zur Karkasse. Mittels kapazitiver, induktiver oder auf Radarstrahlen oder Ultraschall basierender Sensoren, die hier nicht dargestellt sind und die an die Lauffläche gedrückt werden, wird der Abstand der Außenkontur zur Karkasse gemessen.
- 2) Die Messung der aktuellen Profiltiefe.
- 3) Die Detektion von Steinen und/oder anderer Einschlüsse.
- 4) Die Überprüfung und/oder Detektion von Reifenschäden.
- 5) Es wird mittels einer Vielzahl von derartigen Messungen ein Volumenmodell der verfügbaren Gummimasse, bzw. einer Unwucht der Karkasse, erstellt und eine logische Überprüfung der Messwerte vorgenommen
- 6) Es wird die Entscheidung über eine Nachschneidbarkeit getroffen.
- 7) Das Entfernen von Steinen und/oder Einschlüssen
- 8) Dokumentation des IST-Zustandes.
- 9) Aufgrund der geleisteten Vorarbeiten wird die Bestimmung des Schnittmusters, der Schneidstrategie und der Startposition vorgenommen
- 10) Insgesamt wird der Reifentyp detektiert und die Seriennummer detektiert, sodass aus einer Datenvorhaltung Schneidparameter abgerufen werden können. Bei der Detektion eines Nagels wird der betreffende Reifen zur Reparatur gekennzeichnet. Bei der Detektion eines fest sitzenden Stein wird festgelegt, dass das Schneidwerkzeug die betreffende Stelle umfährt.
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Unter den beiden Schneidwerkzeugen sind auf beiden Seiten jeweils ein Transportband 12 für den Transport des, bei dem Vorgang des Profilschneidens anfallenden Abfall in den Abfallsammelbehälter 11 vorgesehen.
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Auf der Vorderseite der gezeigten Anlage ist ein drehbares trommelartiges Werkzeugmagazin 14 gezeigt bei dem oberhalb die beiden Arme eines zentralen Werkzeugwechslers 20 zu erkennen sind. Das Werkzeugmagazin 14 besitzt an seinem Umfang verteilte Aufnahmen mit unterschiedlichen Werkzeugen, wobei diese Aufnahmen dadurch ausgewählt werden können, dass das benötigte Werkzeug mittels einer bestimmten Drehung des Werkzeugmagazins 14 senkrecht nach oben bewegt wird und dann mittels eines einfachen Klappmechanismus radial ausgeklappt wird. Das so ausgewählte Werkzeug wird dann durch eine Drehung des zentralen Werkzeugwechslers 20 durch seinen Antrieb 13 von einem seiner beiden Arme erfasst und entweder nach links oder nach rechts auf ein Schneidwerkzeug gesetzt und anschließend dort verriegelt. Entsprechende Verriegelungs-Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.
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Die 3: zeigt beispielhaft eine Detail-Ansicht einer Bearbeitungs-Seite einer Profilschneid-Anlage.
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Auf der linken Seite der 3 ist gezeigt wie ein Arm eines Werkzeugwechslers 20 ein, aus dem Werkzeugmagazin entnommenes, Werkzeug in den Bereich eines Schneidwerkzeugs 18 bewegt. Im Anschluss wird das betreffende Werkzeug auf dem Schneidwerkzeug 18 verriegelt
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Zur Bewegung und Steuerung eines Schneidwerkzeugs 18 dient eine Antriebs- und Steuereinheit 29 die im Bereich einer Schneidkopfbrücke 10 mit ihrer Führungsschiene 22 bewegt werden kann, jedoch im inneren Bereich einer Halbachse eingesetzt wird.
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In dieser Ansicht der 3 wird gezeigt, wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise ein Werkzeugwechsel zum gleichzeitigen Schneiden der Profile von Zwillingsreifen, also im inneren Bereich und im äußeren Bereich, erfolgen kann. Da bei der Bearbeitung von Zwillingsreifen auf einer Achsseite eines Fahrzeugs gleichzeitig zwei Schneidwerkzeuge 18 tätig werden, muss der zentrale Werkzeugwechsler 20, dessen Arm lediglich in den Bereich der inneren Schneidwerkzeuge (links bzw. rechts) reicht, eine Umsetzeinheit 28 zur Unterstützung erhalten. Mittels dieser Umsetzeinheit 28 und ihres Wechslerarms 26 wird erreicht, dass auch ein äußeres Schneidwerkzeug 18 mit einer Antriebseinheit 9 für einen äußeren Zwillingsreifen mit einem entsprechenden Werkzeug versehen werden kann. Die Umsetzeinheit 28 dient somit lediglich als Transportmittel für ein Werkzeug. Aus dem Stand der Technik sind auch andere Werkzeugwechselarten bekannt, wie sie zum Beispiel in der 4 beschrieben ist.
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Im oberen Teil der gezeigten Anlage ist im Hintergrund eine Antriebswalze 15 zu sehen. Parallel hierzu ist ein Schutzblech 23 angebracht, das mit einer Reihe von Metalldetektoren 27 bestückt ist.
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Auf der rechten Seite der gezeigten Anlage sind der Servomotor 5 als Antrieb für die Antriebsrollen 15 und eine Bürstenrolle mit dem Antriebsriemen 6 und dem Winkelgetriebe 7 gezeigt.
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Im unteren Bereich der gezeigten Anlage ist das Transportband 12 zu sehen. Auf der Oberseite der Antriebs- und Steuereinheit 29 sind stilisiert ein Temperatorsensor 30, bevorzugt ein Lichtfeldsensor, und eine Inspektionskamera 31 bezeichnet.
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Mit dem Lichtfeldsensor 31 kann während des Vorgang des Nachschneidens durch eine Veränderung des Blickwinkels in Echtzeit auf akute Geschehnisse bei der Beobachtung mittels Bildschirm reagiert werden. Hierbei gleichzeitig Informationen über eine unerwartete Änderung der Gummi-Temperatur zu erhalten kann sehr hilfreich sein.
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Hinsichtlich des verwendeten Lichtfeld-Sensors 30, wird auf die neue Entwicklung der so genannten Minilinsen verwiesen, die in der Form von hunderten von Minilinsen nach dem Lichtfeldprinzip optische Informationen sammeln die dann später zu Bildern mit einer gewünschten Auflösung und/oder einem gewünschten Blickwinkel datentechnisch zusammengestellt werden können. Solche Minilinsen sind 3-D-fähig, billig herzustellen und folgen dem Prinzip eines Insektenauges.
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Mit dem Temperatursensor 30 wird die Temperatur des Gummis pyrometrisch gemessen. Mit der Inspektionskamera 31 kann eine 2D oder eine 3D Szenenaufnahme gemacht und der Schneidvorgang überwacht werden (monitoring). Zu diesem Zweck kann eine Kamera, ein Laserscanner, ein Tiefenradar oder ein Ultraschall-Sensor verwendet werden. Mit Hilfe dieser Oberflächen-Scanvorrichtung können auch Markierungen im Reifen (Verschleißmarken, besondere Marken zur Erkennung der möglichen Nachschneidbarkeit und -tiefe) erkannt und ausgewertet werden. Auch kann man hieraus ein quasi 3D-Abbild der Nachschneidbarkeit des Reifens erstellen.
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Die 4a: zeigt ein Werkzeugwechsler-Magazin 14 direkt auf einem Schneidkopfantrieb. Hiermit können ein oder mehrere Schneidantriebe 9, 29 autark auf einer Führungsschiene 22 arbeiten, wobei eine Antriebs- und Steuereinheit eines Schneidkopfs ohne Gehäuse zu sehen ist. Übereinander angeordnet sind hier der Antrieb 35 für die Horizontalbewegung einer gesamten Schneideinheit, der Antrieb 34 für die Vertikalbewegung eines Schneidwerkzeugs 18 und einen Werkzeugmagazin-Antrieb 33. Die Werkzeugaufnahme 32 sitzt jeweils direkt unter dem Schneidwerkzeug 18.
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In der 4b) ist beispielhaft ein Schneidwerkzeug zur Schaffung einer Rille dargestellt, während in der 4c) ein Schneidwerkzeug in der Form eines Stechwerkzeugs zu sehen ist. Mit einem solchen Werkzeug können stichartige Strukturen erzeugt werden die im Wesentlichen der Haftung eines Reifens dienen.
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Die 4c) zeigt beispielhaft ein spezielles Reinigungswerkzeug mit dem Steine aus dem Reifenprofil gekratzt oder gehebelt werden können.
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Zur Entfernung von Metallteilen, wie zum Beispiel Nägeln, die optisch oder von den Metalldetektoren 27 entdeckt werden, können im Werkzeugmagazin 14 besondere Werkzeuge vorgehalten werden. Zur Entfernung von Nägeln sind hier Werkzeuge mit mehr oder weniger gekrümmten hakenähnlichen Strukturen vorgesehen. Andere Werkzeuge können der Lockerung von Metallsplittern im Gummigefüge dienen. Solche Metallsplitter werden dann mittels starker Magnete entfernt.
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Die Rillenwerkzeuge und die Stechwerkzeuge sind stufenlos beheizbar.
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Der Vorgang des Nachschneidens kann auch durch Verfahren erfolgen die mittels Laser- oder Fräsverfahren oder Ultraschall arbeiten.
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Die 5: zeigt eine Darstellung des Mechanismus beim Werkzeugwechsel und nimmt Bezug zu den Verhältnissen wie sie in der 3 beschrieben sind.
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Die 5a) stellt in der Frontansicht zwei unterschiedlich oder gleich bestückte Werkzeug-Magazine 14 dar. Die 5b) zeigt die Sachlage in der Draufsicht wie ein Werkzeugwechsel vonstattengeht wenn gleichzeitig zwei Zwillingsreifen oder Breitreifen nachgeschnitten werden sollen. Es werden hierbei auf der linken und auf der rechten Bahn des modifizierten Rollenprüfstands jeweils eine in der 3 gezeigte Umsetzeinheit 28 verwendet. Zur besseren und schnelleren Versorgung mit Werkzeugen dient eine mit Wechselwippe 36 bezeichnete Vorrichtung. Alle übrigen Bezeichnungen sind bereits beschrieben.
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Die 6: zeigt eine Darstellung der Scan-Einheit 4. Hier sind im Detail die Verhältnisse aufgezeigt, wie sie der 2 zu entnehmen sind.
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Die 7: zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Lafette. Eine Vorrichtung wie sie in der 1 als Unterflurbauform gezeigt ist, kann auch in transportabler Form als Lafette 25 mit zwei Klapp-Rampen 24 konzipiert sein. Hier sind eine Schneid-Einheit 3 und zwei Scan Einheiten 4 bezeichnet.
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Der gesamte Vorgang der Vorbereitung zum Nachschneiden und der Vorgang des Nachschneidens selbst werden mit bildgebenden Verfahren beobachtet und dokumentiert.
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Die komplexe Steuerung der beschriebenen Bewegungsabläufe erfordert ein spezielles Steuerungsprogramm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fundament
- 2
- Reifen
- 3
- Schneid-Einheit
- 4
- Scan-Einheit
- 5
- Servomotor, Antrieb für Antriebsrollen 15 und Bürstenwalze 19
- 6
- Antriebsriemen
- 7
- Winkelgetriebe
- 8
- Schlauchkette (Steuerleitungen für Schneid-Einheit)
- 9
- Antriebseinheit für Schneidkopf (außen)
- 10
- Schneidkopfbrücke
- 11
- Abfall-Sammelbehälter
- 12
- Transportband
- 13
- Werkzeugwechsler-Antrieb
- 14
- Werkzeugwechsler-Magazin
- 15
- Antriebswalzen für Reifen 2
- 16
- Öffnung für Laser
- 17
- Abdeckung für Kamera
- 18
- Schneidwerkzeug
- 19
- Bürstenwalze
- 20
- zentraler Werkzeug-Wechsler
- 21
- Sicht-Öffnungen für Kamera
- 22
- Führungsschiene der Schneid-Einheit 3
- 23
- Schutzblech
- 24
- Klapp-Rampe
- 25
- Lafette
- 26
- Wechslerarm der Werkzeug-Wechseleinheit
- 27
- Metalldetektor
- 28
- Werkzeugwechseleinheit (außen), Umsetzeinheit
- 29
- Antrieb und Steuereinheit für Schneidkopf (innen)
- 30
- Temperaturmesser
- 31
- Inspektionskamera (Lichtfeldsensor)
- 32
- Werkzeugaufnahme
- 33
- Werkzeugmagazin-Antrieb
- 34
- Antrieb für die Vertikalbewegung eines Schneidwerkzeugs
- 35
- Antrieb für die Horizontalbewegung einer Schneideinheit
- 36
- Wechselwippe des Werkzeug-Magazins 14
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055508 A1 [0004]
- DE 102006055508 [0009]
