DE112019004653B4

DE112019004653B4 - Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem

Info

Publication number: DE112019004653B4
Application number: DE112019004653.5T
Authority: DE
Inventors: Gang Hou
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2039-07-27
Also published as: US11243153B2; US20210318215A1; WO2020059303A1; JP7099215B2; JP2020046264A; DE112019004653T5; CN112703383A

Abstract

Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1), umfassend:einen Befestigungsrahmen (2), an dem ein zu bewertender Schlauch (11) befestigt und in einer voreingestellten Form installiert ist; und einen Druckbeaufschlagungsmechanismus (3), der wiederholt einen vorher festgelegten Innendruck an den Schlauch (11) anlegt, wobei das Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) ferner Folgendes umfasst:einen Dehnungsmessstreifen (4a) und einen Marker (4b), die an einer Oberfläche des Schlauchs (11) angebracht sind; eine Kameravorrichtung (5), die ein Bild einer äußeren Form des Schlauchs (11) aufnimmt; und eine Berechnungseinheit (8), in die Dehnungsdaten, die durch den Dehnungsmessstreifen (4a) erfasst werden, und Bilddaten, die durch die Kameravorrichtung (5) erfasst werden, eingegeben werden,wobei die Berechnungseinheit (8), basierend auf den Dehnungsdaten und den Bilddaten, konfiguriert ist, um einen Verformungsgrad einer Form des Schlauchs (11) zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck zu berechnen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem und betrifft insbesondere ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem, das Änderungen des Verformungsgrads eines Schlauchs im Laufe der Zeit aufgrund wiederholter Anwendung von Innendruck bestimmen kann.
Stand der Technik
Hochdruckgummischläuche und dergleichen werden während des Gebrauchs wiederholt einem entsprechend hohen Innendruck ausgesetzt und erfordern daher einen hervorragenden Ermüdungswiderstand. Im Stand der Technik ist zur Bewertung des Ermüdungswiderstands eines Schlauchs ein Verfahren bekannt, bei dem der Schlauch auf einen Ausfall überprüft wird, nachdem ein vorher festgelegter Innendruck so oft wie vorgesehen wiederholt an den Schlauch angelegt wurde (siehe zum Beispiel Absatz 0050 von Patentdokument 1). Mit anderen Worten kann in einem Bewertungsverfahren, das auf einem Schlagdrucktest basiert, der in JIS K 6330-8 spezifiziert ist, nicht bestimmt werden, wie der Schlauch während des Verlaufs der Ermüdung verformt wird und wie die Verformung fortschreitet. Für einen verbesserten Ermüdungswiderstand des Schlauchs ist das Bestimmen solcher Eigenschaften des Schlauchs nützlich, und somit hat das Bewertungsverfahren Raum für eine weitere Verbesserung.
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 2014-206261 A Weiterer Stand der Technik ist aus den Dokumenten JP 2005-299 727 A , US 5 339 677 A und DE 10 2010 023 727 A1 bekannt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem bereitzustellen, das Änderungen des Verformungsgrads eines Schlauchs im Laufe der Zeit aufgrund wiederholter Anwendung von Innendruck bestimmen kann.
Lösung des Problems
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, schließt ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem ein: einen Befestigungsrahmen, an dem ein zu bewertender Schlauch befestigt und in einer voreingestellten Form installiert wird; und einen Druckbeaufschlagungsmechanismus, der wiederholt einen vorher festgelegten Innendruck auf den Schlauch ausübt, und wobei das Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem ferner einen Dehnungsmessstreifen und einen Marker, die an einer Oberfläche des Schlauchs angebracht sind, einschließt; eine Kameravorrichtung, die ein Bild einer äußeren Form des Schlauchs aufnimmt; und eine Berechnungseinheit, in die Dehnungsdaten, die durch den Dehnungsmessstreifen erfasst werden, und Bilddaten, die durch die Kameravorrichtung erfasst werden, eingegeben werden, und wobei die Berechnungseinheit konfiguriert ist, um basierend auf den Dehnungsdaten und den Bilddaten einen Verformungsgrad einer Form des Schlauchs zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck zu berechnen.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden während des Verlaufs des wiederholten Anlegens des vorher festgelegten Innendrucks an den Schlauch mit dem Dehnungsmessstreifen und den Markern, die an der Oberfläche des Schlauchs angebrachten sind, die Dehnungsdaten unter Verwendung des Dehnungsmessstreifens erfasst und die Bilddaten bezüglich der äußeren Form des Schlauchs unter Verwendung der Kameravorrichtung erfasst, und basierend auf den Dehnungsdaten und den Bilddaten wird eine Änderung der Form des Schlauchs zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck bestimmt. Dementsprechend können Änderungen des Verformungsgrads des Schlauchs im Laufe der Zeit aufgrund wiederholter Anwendung von Innendruck bestimmt werden.
Figurenliste

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein erfindungsgemäßes Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem in einer Seitenansicht veranschaulicht.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem in 1 in einer Draufsicht veranschaulicht.
3 ist ein teilweise aufgeschnittenes erläuterndes Diagramm, das die Innenstruktur des Schlauchs in 1 veranschaulicht.
4 ist ein teilweise aufgeschnittenes erläuterndes Diagramm, das die Innenstruktur eines anderen Schlauchs veranschaulicht.
5 ist eine Grafik, die Anwendungszyklen eines vorher festgelegten Innendrucks zeigt.
6 ist eine Grafik, die Änderungen in der Außendurchmesserabmessung des Schlauchs im Laufe der Zeit in einem Fall zeigt, in dem ein vorher festgelegter Innendruck an den Schlauch angelegt wird.
7 ist eine Grafik, die Änderungen in der Längsabmessung des Schlauchs im Laufe der Zeit in einem Fall zeigt, in dem ein vorher festgelegter Innendruck an den Schlauch angelegt wird.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein FEM-Analysemodell für den Schlauch in einer Seitenansicht veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf einer in den Figuren veranschaulichten Ausführungsform beschrieben.
Ein Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem 1 (nachstehend als „Bewertungssystem 1“ bezeichnet) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 1 bis 2 veranschaulicht ist, schließt ein: einen Befestigungsrahmen 2, an dem ein zu bewertender Schlauch 11, wie ein Hydraulikschlauch, befestigt und in einer voreingestellten Form installiert wird; einen Druckbeaufschlagungsmechanismus 3, der wiederholt einen vorher festgelegten Innendruck P an den Schlauch 11 anlegt; Dehnungsmessstreifen 4a und Marker 4b, die an der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht werden; eine Kameravorrichtung 5; und eine Berechnungseinheit 8. In dieser Ausführungsform schließt das Bewertungssystem 1 ferner eine Thermographie 6, einen Temperatursensor 7 und eine Thermostatkammer 10 ein.
Wie in 3 veranschaulicht, weist der Schlauch 11 eine Struktur auf, bei der eine Innenoberflächenschicht 12, eine Verstärkungsschicht 13 (13a, 13b und 13c) und eine Außenoberflächenschicht 15, in dieser Reihenfolge, von einer Innenumfangsseite aus koaxial geschichtet sind. Es ist zu beachten, dass eine Punkt-Strich-Linie CL in den Zeichnungen eine Schlauchachse darstellt. Die Innenoberflächenschicht 12 und die Außenoberflächenschicht 15 sind aus Gummi, Harz oder dergleichen gebildet. Die Verstärkungsschicht 13 wird durch Flechten von Verstärkungsdrähten 14 gebildet. Verwendung als die Verstärkungsdrähte 14 finden beliebige von verschiedenen Harzfasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern und PBO-Fasern; oder Metalldrähte, wie Stahlcorde. Wie in 4 veranschaulicht, kann die Verstärkungsschicht 13 (13a, 13b, 13c und 13d) des Schlauchs 11 aus den Verstärkungsdrähten 14 gebildet sein, die spiralförmig gewickelt sind. In der Struktur der Verstärkungsschicht 3 sind die Verstärkungsdrähte 14 in den Verstärkungsschichten 13, die in Radialrichtung aneinander angrenzend geschichtet sind, in der Kreuzungsrichtung festgelegt. Die Anzahl der Schichten in der Verstärkungsschicht 13 wird entsprechend der erforderlichen Leistung des Schlauchs 11 eingestellt.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, ist in dem Bewertungssystem 1 ein Schlauchanschluss 16 an beiden Endabschnitten des Schlauchs 11 angebracht. Für die Schlauchanschlüsse 16 werden vorzugsweise Schlauchanschlüsse verwendet, die an dem Schlauch angebracht werden, wenn der Schlauch 11 tatsächlich verwendet wird, und werden mit einer tatsächlichen Crimpkraft an dem Schlauch 11 angebracht. Der Schlauch 11 wird über die Schlauchanschlüsse 16 am Befestigungsrahmen 2 befestigt. In dieser Ausführungsform werden die Schlauchanschlüsse 16, die an beiden Endabschnitten des Schlauchs 11 angebracht sind, jeweils an dem Befestigungsrahmen 2 befestigt, um den Schlauch 11 in einer Bogenform (Halbkreisform) einzurichten.
Der Krümmungsradius des Schlauchs 11 in einer Bogenform ist vorzugsweise ein Krümmungsradius des Schlauchs 11 in einem tatsächlichen Gebrauchszustand oder kleiner als der Krümmungsradius des Schlauchs 11 in dem tatsächlichen Gebrauchszustand. Dieser Krümmungsradius wird beispielsweise 5-mal bis 15-mal so groß wie der Außendurchmesser des Schlauches 11 eingestellt. Der Schlauch 11 kann in einem geraden Zustand am Befestigungsrahmen 2 befestigt werden (d. h. der Krümmungsradius ist unendlich), statt in einer Bogenform. In dieser Ausführungsform wird ein einziger Schlauch 11 auf dem Befestigungsrahmen 2 installiert, jedoch können eine Mehrzahl von Schläuchen 11 auf einem Befestigungsrahmen 2 installiert werden.
Ein Rohr 3a des Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 wird mit einem der Schlauchanschlüsse 16 verbunden und der andere Schlauchanschluss 16 wird geschlossen. Der Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 schließt einen Drucksensor 3b an dem Rohr 3a ein. Der Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 füllt das Innere des Schlauchs 11 mit einem unter Druck stehenden Fluid L, wie Hydrauliköl, und legt wiederholt den vorher festgelegten Innendruck P an den Schlauch 11 an. Der vorher festgelegte Innendruck P wird in einer Druckwellenform angelegt, wie in 5 veranschaulicht. In 5 ist die Druckwellenform eine Sinuswelle, kann aber zum Beispiel eine Dreieckwelle sein.
Die vom Drucksensor 3b erfassten Druckdaten werden der Berechnungseinheit 8 sequenziell als der an den Schlauch 11 angelegte Innendruck eingegeben. Der Betrieb des Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 wird durch eine Steuereinheit 9 gesteuert. Dementsprechend werden die Größe des vorher festgelegten Innendrucks P, die Dauer der Anwendung und der Druckanwendungszyklus durch die Steuereinheit 9 gesteuert. Als Recheneinheit 8 und Steuereinheit 9 kann zum Beispiel ein und derselbe Rechner verwendet werden.
Jeder der Dehnungsmessstreifen 4a wird an dem Schlauch 11 in einem vorher festgelegten Bereich der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht. Zum Beispiel wird der Dehnungsmessstreifen 4a vorzugsweise an einer Mehrzahl von Positionen in den Bereichen angebracht, in denen das Ausmaß der Verformung relativ groß ist, wenn der vorher festgelegte Innendruck P angelegt wird. Der Schlauch 11, der aus Gummi besteht, wird durch Zugverformung kritischer beschädigt als durch Druckverformung, und somit wird der Dehnungsmessstreifen 4a vorzugsweise so angebracht, dass die maximale Zugverformung (Dehnungsdaten) erfasst werden kann. In dieser Ausführungsform wird der Dehnungsmessstreifen 4a an einer radial äußeren Oberfläche des Schlauchs 11 im Bereich eines Längsmittelabschnitts und an der radial äußeren Oberfläche des Schlauchs 11 im Bereich an oder nahe jedem Schlauchanschluss 16 angebracht.
Der Dehnungsmessstreifen 4a wird über einen Leitungsdraht mit der Recheneinheit 8 verbunden. Somit werden die durch den Dehnungsmessstreifen 4a erfassten Dehnungsdaten sequenziell in die Berechnungseinheit 8 eingegeben. Die von den Dehnungsmessstreifen 4a erfassten Dehnungsdaten ermöglichen eine genaue Bestimmung des Ausmaßes der lokalen Verformung (Ausmaß der Verschiebung und Richtung der Verformung) in den Bereichen (Positionen), in denen die Dehnungsmessstreifen 4a angebracht sind.
Die Marker 4b werden auf der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht. Als Marker 4b werden zum Beispiel Markierungen in einer von der Farbe der umgebenden Oberfläche abweichenden Farbe verwendet. Wie bei dem Dehnungsmessstreifen 4a werden die Marker 4b vorzugsweise an einer Mehrzahl von Positionen in den Bereichen angebracht, in denen der Schlauch 11 einem relativ großen Ausmaß an Verformung ausgesetzt ist. Der Dehnungsmessstreifen 4a wird vorzugsweise in den Bereichen angeordnet, in denen die Marker 4b auf der Oberfläche des Schlauches 11 angebracht sind. In dieser Ausführungsform werden die Marker 4b in Gitterform, die in einem vorher festgelegten Teilungsabstand in der Längsrichtung und der Radialrichtung des Schlauchs 11 voneinander beabstandet angeordnet, an der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht.
Die Marker 4b können leicht über weiten Bereichen oder an mehreren Stellen angebracht werden, und somit kann der Verformungsgrad (Ausmaß der Verschiebung und Richtung der Verformung) des Schlauchs 11 über weite Bereiche basierend auf dem Verformungsgrad (Bewegungsgrad) der Marker 4b bestimmt werden.
Die Kameravorrichtung 5 erfasst Bilddaten bezüglich der äußeren Form des Schlauchs 11. Zum Beispiel wird als Kameravorrichtung 5 eine Digitalkamera verwendet, die ein Standbild oder Video aufnehmen kann. Die von der Kameravorrichtung 5 erfassten Bilddaten werden in die Berechnungseinheit 8 eingegeben. Die in die Berechnungseinheit 8 eingegebenen Bilddaten werden auf einem Monitor 5a angezeigt. Eine oder eine Mehrzahl von Kameravorrichtungen 5 wird installiert. In dieser Ausführungsform werden zwei Kameravorrichtungen 5 installiert, um die Erfassung von Bilddaten bezüglich des Schlauchs 11 in einer Seitenansicht und von Bilddaten bezüglich des Schlauchs 11 in einer Vorderansicht von oben zu ermöglichen. Mindestens eine der Kameravorrichtungen 5 wird verwendet, um Bilddaten bezüglich der Bereiche zu erfassen, an denen die Marker 4b angebracht sind. Es kann auch nur eine Kameravorrichtung 5 installiert werden, und die Kameravorrichtung 5 kann in eine gewünschte Position in Bezug auf den Schlauch 11 bewegt werden. Die Bewegung der Kameravorrichtung 5 wird vorzugsweise durch die Steuereinheit 9 gesteuert.
Die Thermographie 6 erfasst die Oberflächentemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 11 berührungslos. Die von der Thermographie 6 erfassten Temperaturdaten werden in die Berechnungseinheit 8 eingegeben. Die in die Berechnungseinheit 8 eingegebenen Temperaturdaten werden auf dem Monitor 5a in verschiedenen Farben angezeigt, die einer Mehrzahl von definierten Temperaturbereichen entsprechen. Dementsprechend kann die Temperaturverteilung der Oberfläche des Schlauchs 11 visuell bestimmt werden. Die von der Kameravorrichtung 5 erfassten Bilddaten und die von der Thermographie 6 erfassten Temperaturdaten können abwechselnd auf dem Monitor 5a angezeigt werden oder beide gleichzeitig auf dem Monitor 5a angezeigt werden.
Es wird eine oder eine Mehrzahl von Thermographien 6 installiert. In dieser Ausführungsform werden zwei Thermographien 6 installiert, um die Erfassung von Oberflächentemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 11 in einer Seitenansicht und von Oberflächentemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 11 in einer Vorderansicht von oben zu ermöglichen. Mindestens irgendeine der Thermographien 6 kann verwendet werden, um Oberflächentemperaturdaten bezüglich der Bereiche zu erfassen, an denen Marker 4b angebracht sind. Es kann auch nur eine Thermographie 6 installiert werden, und die Thermographie 6 kann in eine gewünschte Position in Bezug auf den Schlauch 11 bewegt werden. Die Bewegung der Thermographie 6 kann durch die Steuereinheit 9 gesteuert werden.
Der Temperatursensor 7 erfasst die Umgebungstemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 1. Die von dem Temperatursensor 7 erfassten Umgebungstemperaturdaten werden in die Berechnungseinheit 8 eingegeben. In dieser Ausführungsform wird der Schlauch 1 innerhalb der Thermostatkammer 10 angeordnet. Dementsprechend wird die Temperatur des Innenraums der Thermostatkammer 10 von dem Temperatursensor 7 als Umgebungstemperaturdaten erfasst. Die Temperatur des Innenraums der Thermostatkammer 10 wird durch die Steuereinheit 9 auf eine gewünschte Temperatur geregelt.
Ein Beispiel für eine Prozedur zum Bewerten des Ermüdungswiderstand des Schlauchs 11 unter Verwendung des Bewertungssystems 1 wird nachstehend beschrieben.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht wird der Schlauch 11 in einer voreingestellten Form auf dem Befestigungsrahmen 2 installiert. Das Rohr 3a des Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 wird mit dem Schlauch 11 verbunden. Die Dehnungsmessstreifen 4a und die Marker 4b werden an der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht. Sobald die Einstellung des Schlauchs 11 abgeschlossen ist, werden Dehnungsdaten durch die Dehnungsmessstreifen 4a erfasst, Bilddaten bezüglich des Schlauchs 11 werden unter Verwendung der Kameravorrichtung 5 erfasst, Oberflächentemperaturdaten werden unter Verwendung der Thermographie 6 erfasst und Umgebungstemperaturdaten werden unter Verwendung des Temperatursensors 7 erfasst. Alle von den zu diesem Zeitpunkt erfassten Daten werden in der Berechnungseinheit 8 als Anfangszustandsdaten gespeichert.
Anschließend wird an den Schlauch 11 durch den Druckbeaufschlagungsmechanismus 3 wiederholt der vorher festgelegte Innendruck P angelegt. Die Größe des vorher festgelegten Innendrucks P, die Dauer der Anwendung und der Druckanwendungszyklus werden beispielsweise äquivalent zu den oder strenger als die tatsächlichen Einsatzbedingungen für den Schlauch 11 eingestellt. Die Anwendung des vorher festgelegten Innendrucks P wird solange fortgesetzt, bis eine voreingestellte Zeit verstrichen ist oder bis die voreingestellte Anzahl von Druckanwendungszyklen erreicht ist oder bis der Schlauch 11 beschädigt ist.
Im Verlauf der Anwendung des vorher festgelegten Innendrucks P, zum Beispiel in vorher festgelegten Zeitintervallen (jeweils nach Ablauf einer vorher festgelegten Zeit oder jeweils nach Ablauf einer vorher festgelegten Anzahl von Druckanwendungszyklen) für eine vorher festgelegte Zeitdauer, werden die Dehnungsdaten unter Verwendung der Dehnungsmessstreifen 4a erfasst, Bilddaten werden unter Verwendung der Kameravorrichtung 5 erfasst, Oberflächentemperaturdaten werden unter Verwendung der Thermographie 6 erfasst und Umgebungstemperaturdaten werden unter Verwendung des Temperatursensors 7 erfasst. Das heißt, jede der Daten wird mit dem vorher festgelegten Innendruck P erfasst, der wiederholt an den Schlauch 11 angelegt wird.
In einem Fall, in dem eine einzelne Kameravorrichtung 5 und eine einzelne Thermographie 6 installiert sind, können beim Erfassen jeweiliger Daten durch Bewegen der Kameravorrichtung 5 und der Thermographie 6 aus einer Mehrzahl von gewünschten Positionen in Bezug auf den Schlauch 11 die jeweiligen Daten erfasst werden. Als Alternative kann, wenn die Kameravorrichtung 5 und die Thermographie 6 an vorher festgelegten Positionen befestigt sind, der Schlauch 11 (der Schlauch 11, der Befestigungsrahmen 2 und der Druckbeaufschlagungsmechanismus 3) konfiguriert sein, um in gewünschte Positionen bewegt zu werden. Auch bei dieser Konfiguration können aus einer Mehrzahl von gewünschten Positionen in Bezug auf den Schlauch 11 die jeweiligen Daten erfasst werden.
Während eines einzigen Druckanwendungszyklus, wenn der maximale Druck, der einer Spitze entspricht, angelegt wird (d. h. das Anwenden des vorher festgelegten Drucks P), wird der Ausdehnungsgrad (Ausdehnungsverschiebung in der Außendurchmesserabmessung) des Schlauchs 11 maximiert, und der Kontraktionsgrad in Längsrichtung (Kontraktionsverschiebung in der Längenabmessung) wird maximiert, mit dem Ausgangszustand als Bezugspunkt. Andererseits wird, wenn ein minimaler Druck (d. h. angelegter Druck ist null) angelegt wird, der Ausdehnungsgrad (Ausdehnungsverschiebung in der Außendurchmesserabmessung) des Schlauchs 11 minimiert, und der Kontraktionsgrad in Längsrichtung (Kontraktionsverschiebung in der Längenabmessung) wird minimiert, mit dem Ausgangszustand als Bezugspunkt. Zu jedem Zeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der angelegte Druck auf dem Maximalwert ist, und dem Zeitpunkt, zu dem der angelegte Druck null ist, befinden sich der Ausdehnungsgrad und der Kontraktionsgrad in Längsrichtung des Schlauchs 11 jeweils in einem Zwischenzustand zwischen dem Zustand, in dem der angelegte Druck auf dem Maximalwert ist, und dem Zustand, in dem der angelegte Druck null ist.
Der Schlauch 11 ermüdet mit zunehmender Anzahl der Druckanwendungen und somit ändert sich selbst bei identischem Innendruck der Ausdehnungsgrad des Schlauchs 11 und der Kontraktionsgrad in Längsrichtung des Schlauchs 11. Dementsprechend wird der Schlauch 11 selbst bei Anwendung des gleichen vorher festgelegten Drucks P mehr ermüdet, wenn die Anzahl der Druckanwendungen größer ist als wenn die Anzahl der Druckanwendungen klein ist, und somit treten Änderungen des Ausdehnungsgrads des Schlauchs 11 und des Kontraktionsgrads in Längsrichtung des Schlauchs 11 im Laufe der Zeit auf.
Somit wird basierend auf den erfassten Dehnungsdaten und Bilddaten eine Änderung der Form des Schlauchs 11 zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck (zum Beispiel dem Zeitpunkt, zu dem der vorher festgelegte Innendruck P angelegt wird, dem Zeitpunkt, zu dem der Innendruck null ist, usw.) bestimmt. Insbesondere werden die Dehnungsdaten, die zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck erhalten werden, verwendet, um als Ausmaß der Verschiebung in den Dehnungsdaten den Ausdehnungsgrad des Schlauchs 11 und den Kontraktionsgrad in Längsrichtung des Schlauchs 11 zu berechnen, was einer Änderung der Form des Schlauchs 11 entspricht. Somit kann der lokale Verformungsgrad (Ausmaß der Verschiebung und Richtung der Verformung) der Oberfläche des Schlauchs 11 in den Bereichen (Positionen), in denen die Dehnungsmessstreifen 4a angebracht sind, genau bestimmt werden.
Außerdem schließen die Bilddaten Bilddaten bezüglich der Marker 4b ein, wobei ein Vergleich der Bilddaten, die bei der Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck erhalten werden, eine Berechnung des Ausmaßes der Verschiebung (des Ausmaßes der Bewegung) der Marker 4b bei der Mehrzahl von Zeitpunkten ermöglicht. Somit werden der Ausdehnungsgrad des Schlauchs 11 und der Kontraktionsgrad in Längsrichtung des Schlauchs 11, der einer Änderung der Form des Schlauchs 11 entspricht, als das Ausmaß der Verschiebung der Marker 4b berechnet. Dementsprechend kann der Verformungsgrad (Ausmaß der Verschiebung und Richtung der Verformung) der Oberfläche des Schlauchs 11 in den Bereichen, in denen die Marker 4b angebracht sind, bestimmt werden. Die Verwendung der Marker 4b erleichtert die Bestimmung des Verformungsgrades des Schlauchs 11 über breitere Bereiche als die Verwendung der Dehnungsmessstreifen 4a.
6 veranschaulicht Änderungen in der Außendurchmesserabmessung des Schlauchs im Laufe der Zeit, wenn der vorher festgelegte Innendruck P angelegt wird. Eine durchgezogene Linie zeigt Daten bezüglich des Bereichs des Schlauchs 11 an oder nahe dem Schlauchanschluss 16 an, und ein Kreuzzeichen zeigt an, dass der Schlauch 11 beschädigt ist. Eine gestrichelte Linie zeigt Daten bezüglich des Bereichs des Längsmittelabschnitts des Schlauchs 11 an.
7 veranschaulicht Änderungen in der Längsrichtungsabmessung des Schlauchs im Laufe der Zeit, wenn der vorher festgelegte Innendruck P angelegt wird. Eine durchgezogene Linie zeigt Daten bezüglich des Bereichs des Schlauchs 11 an oder nahe dem Schlauchanschluss 16 an, und ein Kreuzzeichen zeigt an, dass der Schlauch 11 beschädigt ist. Eine gestrichelte Linie zeigt Daten bezüglich des Bereichs des Längsmittelabschnitts 11 an.
Der Bereich des Schlauchs 11 an oder nahe dem Schlauchanschluss 16 ist einer darauf wirkenden Crimpkraft, die von dem Schlauchanschluss 16 beeinflusst wird, ausgesetzt und weist somit einen großen Steifigkeitsunterschied von seinem Umfangsrand aus auf. Somit wird der Schlauch 11 aufgrund der wiederholten Druckanwendung in diesem Bereich wahrscheinlich beschädigt werden. Wenn die vorstehend beschriebene Bewertung mit dem Schlauchanschluss 16, der an mindestens einem Endabschnitt des Schlauchs 11 angebracht ist, durchgeführt wird, kann somit der Ermüdungswiderstand des Schlauchs 11 mit dem approximierten tatsächlichen Gebrauchszustand des Schlauchs 11 bewertet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, ermöglichen Änderungen der Form des Schlauchs 11, die basierend auf den Dehnungsdaten und den Bilddaten berechnet werden, die Bestimmung von Änderungen des Verformungsgrades des Schlauchs 11 im Laufe der Zeit aufgrund wiederholter Anwendung von Innendruck. Dementsprechend kann der Bereich des Schlauchs 11, in dem der Schlauch 11 im Laufe der Zeit relativ stark verformt wird, identifiziert werden und der Verformungsgrad, bei dem der Schlauch beschädigt wird, kann identifiziert werden. Dies ermöglicht für den Ermüdungswiderstand des Schlauchs 11 die Bestimmung, wie der Schlauch 11 während des Verlaufs der Ermüdung verformt wird und wie die Verformung fortschreitet. Durch weiteres Analysieren und Studieren der Ergebnisse der Bestimmung kann eine effektive Maßnahme zur Verbesserung des Ermüdungswiderstands des Schlauchs 11 leicht ergriffen werden.
Änderungen des lokalen Verformungsgrads der Oberfläche des Schlauchs 11 im Laufe der Zeit können basierend auf den Dehnungsdaten bestimmt werden, und Änderungen des Verformungsgrads über breitere Bereiche der Oberfläche des Schlauchs 11 im Laufe der Zeit können basierend auf den Bilddaten bestimmt werden. Wenn der Dehnungsmessstreifen 4a, wie in dieser Ausführungsform, an der Oberfläche des Schlauchs 11 in den Bereichen angebracht wird, in denen die Marker 4b angebracht sind, kann der Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Verschiebung der Marker 4b und dem Ausmaß der Verschiebung in den Dehnungsdaten genau bestimmt werden. Bei erfolgreicher Bestimmung des Zusammenhangs, zum Beispiel in einem Fall, in dem die identische Bewertung des Ermüdungswiderstand wiederholt durchgeführt wird, kann auf einen der Dehnungsmessstreifen 4a und der Marker 4b, die auf der Oberfläche des Schlauchs 11 angebracht sind, verzichtet werden.
In dieser Ausführungsform werden während des Verlaufs der wiederholten Anwendung des vorher festgelegten Innendrucks P die Oberflächentemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 11 durch die Thermographie 6 erfasst. Basierend auf den durch die Thermographie 6 erfassten Oberflächentemperaturdaten berechnet die Berechnungseinheit 8 eine Änderung der Oberflächentemperatur zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck. Dann berechnet die Berechnungseinheit 8 das Verhältnis zwischen einer Änderung der Oberflächenform des Schlauchs 11 und einer Änderung der Oberflächentemperatur zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck.
Zum Beispiel berechnet die Berechnungseinheit 8 das Verhältnis zwischen der Änderungsrate der Oberflächenform des Schlauchs 11 und der Änderungsrate der Oberflächentemperatur zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten, bei denen der vorher festgelegte Innendruck P angelegt wird. Dementsprechend kann der Zusammenhang zwischen der Änderungsrate der Oberflächenform des Schlauchs 11 und der Änderungsrate der Oberflächentemperatur bestimmt werden. Zum Beispiel neigt der Bereich des Schlauchs 11, in dem der Schlauch 11 wahrscheinlich beschädigt wird, dazu, mehr Wärme zu erzeugen und eine höhere Oberflächentemperatur als sein Umfang aufzuweisen. Folglich ermöglicht das Bestimmen des Zusammenhangs die Identifizierung des Bereichs des Schlauchs 11, in dem der Schlauch 11 wahrscheinlich beschädigt wird, und ermöglicht die Schätzung des Zeitraums, in dem der Schlauch 11 beschädigt werden kann.
Außerdem erfasst der Temperatursensor 7 bei dieser Ausführungsform während des Verlaufs der wiederholten Anwendung des vorher festgelegten Innendrucks P die Umgebungstemperaturdaten bezüglich des Schlauchs 11. Basierend auf den Umgebungstemperaturdaten, die durch den Temperatursensor 7 erfasst werden, berechnet die Berechnungseinheit 8 eine Änderung der Umgebungstemperaturdaten zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck. Dann berechnet die Berechnungseinheit 8 das Verhältnis zwischen der Änderung der Oberflächentemperatur des Schlauchs 11 und der Änderung der Umgebungstemperatur zwischen der Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck. Dementsprechend kann der Einfluss der peripheren Umgebungstemperatur des Schlauchs 11 auf die Änderungen der Oberflächentemperatur des Schlauchs 11 bestimmt werden. Im Allgemeinen kann ein Zusammenhang bestimmt werden, der eine Tendenz anzeigt, dass die Oberflächentemperatur des Schlauchs 11 konsistent mit der Umgebungstemperatur ansteigt. Somit kann dieser Zusammenhang verwendet werden, um den Einfluss der Änderungen der Umgebungstemperatur auf die Änderungen der Oberflächentemperatur des Schlauchs 11 auszuschließen. Mit anderen Worten werden durch Vornehmen von Korrekturen an den Oberflächentemperaturdaten basierend auf den Umgebungstemperaturdaten die Änderungen in der Oberflächentemperatur, die durch die Wärme verursacht werden, die durch den Schlauch 11 selbst erzeugt wird, leicht bestimmt.
Wünschenswerterweise entsprechen die Bereiche, in denen die Dehnungsmessstreifen 4a und die Marker 4b angebracht sind, Bereichen, in denen während des tatsächlichen Gebrauchs des Schlauchs 11 eine größere Dehnung (maximale Dehnung) auftritt. Somit werden, wie in 8 veranschaulicht, Dehnungsdaten bezüglich des Schlauchs 11, wenn der vorher festgelegte Innendruck P an den Schlauch 11 angelegt wird, durch die Berechnungseinheit 8 unter Verwendung eines FEM-Analysemodells S des Schlauchs 11 im Voraus berechnet. Dann werden die Dehnungsmessstreifen 4a und die Marker 4b vorzugsweise auf der Oberfläche des Schlauchs 11 in dem Bereich angebracht, der dem Bereich entspricht, in dem die berechneten Dehnungsdaten den Maximalwert aufweisen.
Bei dem FEM-Analysemodell S in 8 ist die Oberfläche eines Schlauchs S1 in eine große Anzahl von Netzen unterteilt, und die Schlauchanschlüsse S2 sind als unverformbare starre Körper eingestellt und an vorher festgelegte Positionen befestigt. Die Berechnungseinheit 8 empfängt für eine FEM-Analyse den Elastizitätsmodul, die Poissonzahl, Formdaten und dergleichen für jedes der Gummielemente (Innenoberflächenschicht 12 und Außenoberflächenschicht 15) und Verstärkungsdrähte 14 (Verstärkungsschicht 13), die den Schlauch 11 bilden.
Zusätzlich wird das FEM-Analysemodell S verwendet, um Dehnungsdaten bezüglich der Bereiche, in denen die Dehnungsmessstreifen 4a angebracht sind, im Voraus zu berechnen, wenn der vorher festgelegte Innendruck P an den Schlauch 11 angelegt wird. Dann werden die im Voraus berechneten Dehnungsdaten mit Dehnungsdaten verglichen, die von den Dehnungsmessstreifen 4a erfasst werden, wenn der vorher festgelegte Innendruck P an den Schlauch 11 angelegt wird, und die Differenz zwischen beiden verglichenen Dehnungsdaten wird bestimmt. Die Größe der Differenz zwischen beiden Dehnungsdaten gibt den Grad der Analysegenauigkeit der FEM-Analyse an, und somit werden Einstellungen für das FEM-Analysemodell S vorzugsweise verbessert, um die Differenz zu reduzieren.
Bezugszeichenliste

1: Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem
2: Befestigungsrahmen
3: Druckbeaufschlagungsmechanismus
3a: Rohr
3b: Drucksensor
4a: Dehnungsmessstreifen
4b: Marker
5: Kameravorrichtung
5a: Monitor
6: Thermographie
7: Temperatursensor
8: Berechnungseinheit
9: Steuereinheit
10: Thermostatkammer
11: Schlauch
12: Innenoberflächenschicht
13 (13a, 13b, 13c, 13d): Verstärkungsschicht
14: Verstärkungsdraht
15: Außenoberflächenschicht
16: Schlauchanschluss
CL: Schlauchachse
L: unter Druck stehendes Fluid
S: Simulationsmodell
S1: Schlauch
S2: Schlauchanschluss

Claims

Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1), umfassend: einen Befestigungsrahmen (2), an dem ein zu bewertender Schlauch (11) befestigt und in einer voreingestellten Form installiert ist; und einen Druckbeaufschlagungsmechanismus (3), der wiederholt einen vorher festgelegten Innendruck an den Schlauch (11) anlegt, wobei das Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) ferner Folgendes umfasst: einen Dehnungsmessstreifen (4a) und einen Marker (4b), die an einer Oberfläche des Schlauchs (11) angebracht sind; eine Kameravorrichtung (5), die ein Bild einer äußeren Form des Schlauchs (11) aufnimmt; und eine Berechnungseinheit (8), in die Dehnungsdaten, die durch den Dehnungsmessstreifen (4a) erfasst werden, und Bilddaten, die durch die Kameravorrichtung (5) erfasst werden, eingegeben werden, wobei die Berechnungseinheit (8), basierend auf den Dehnungsdaten und den Bilddaten, konfiguriert ist, um einen Verformungsgrad einer Form des Schlauchs (11) zwischen einer Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck zu berechnen.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß Anspruch 1, umfassend eine Thermographie (6), die Oberflächentemperaturdaten bezüglich des Schlauchs (11) erfasst, wobei die Berechnungseinheit (8) konfiguriert ist, um basierend auf den Oberflächentemperaturdaten einen Änderungsgrad der Oberflächentemperatur zwischen der Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck zu berechnen und ein Verhältnis zwischen einem Änderungsgrad der Form und dem Änderungsgrad der Oberflächentemperatur zwischen der Mehrzahl von Zeitpunkten bei identischem Innendruck zu berechnen.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß Anspruch 2, ferner umfassend einen Temperatursensor (7), der Umgebungstemperaturdaten bezüglich des Schlauchs (11) erfasst, wobei die Berechnungseinheit (8) konfiguriert ist, um ein Verhältnis zwischen den Umgebungstemperaturdaten und den Oberflächentemperaturdaten zu berechnen.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Bereich, in dem der Dehnungsmessstreifen (4a) angebracht ist, innerhalb des Bereichs der Oberfläche festgelegt ist, in dem der Marker (4b) angebracht ist.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Schlauchanschluss (16), der an mindestens einem Endabschnitt des Schlauchs (11) angebracht ist, wobei der Schlauch (11) über den Schlauchanschluss (16) an dem Befestigungsrahmen (2) installiert ist.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Bereich der Oberfläche, in dem der Dehnungsmessstreifen (4a) und der Marker (4b) angebracht sind, in einem Bereich des Schlauchs (11) an dem oder nahe dem Schlauchanschluss (16) und in einem Bereich eines Längsmittelabschnitts des Schlauchs (11) festgelegt ist.
Schlauchermüdungswiderstands-Bewertungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein FEM-Analysemodell für den Schlauch (11) verwendet wird, um im Voraus Dehnungsdaten zu berechnen, die auf einer Oberfläche des Schlauchs (11) während eines Verlaufs der Anwendung des vorher festgelegten Innendrucks auf den Schlauch (11) erzeugt werden, und um die Dehnungsdaten in die Berechnungseinheit (8) einzugeben, und basierend auf den Dehnungsdaten, die durch eine FEM-Analyse berechnet werden, und den Dehnungsdaten, die durch den Dehnungsmessstreifen (4a) erfasst werden, die Berechnungseinheit (8) konfiguriert ist, um eine Differenz zwischen den Dehnungsdaten, die durch die FEM-Analyse erhalten werden, und den Dehnungsdaten, die durch den Dehnungsmessstreifen (4a) bei identischem Innendruck in dem Bereich der Oberfläche des Schlauchs (11), in dem der Dehnungsmessstreifen (4a) angebracht ist, erfasst werden, zu berechnen.