DE3319068A1

DE3319068A1 - Elektroakustisches verfahren zum zerstoerungsfreien ueberwachen bzw. ueberpruefen der innentemperatur von gegenstaenden mit schlechter waermeleitfaehigkeit

Info

Publication number: DE3319068A1
Application number: DE19833319068
Authority: DE
Inventors: Costantino L. 44134 Parma Ohio DiVincenzo
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1983-05-26
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS58215519A; IT1159019B; ES8404068A1; US4469450A; FR2527767B1; DE3319068C2; ES522810A0; IT8367602A0; ZA833152B; CA1191244A; FR2527767A1

Description

• ■ ·

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektroakustisches Verfahren zum zerstörungsfreien überwachen der Innenfemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein. Verfahren zur Überwachung der Innentemperatur von Gegenständen, die elastomere Materialien, wie z.B. Reifen, umfassen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auch auf ein elektroakusticches ^; Verfahren zur zerstörungsfreien überwachung von Innentemperaturen eines Reifens. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das Ultraschall verwenden kann, kann ausgeübt werden,wenn das Objekt, z.B. ein Reifen, tatsächlich im Betrieb ist, während der durch Hitze bewirkten Aushärtung durch Mikrowellen-Frequenzbestrahlung, oder ' zur irgendeiner anderen Zeit.

. " ' Die Herstellung und der Betrieb vieler Gegenstände ist eine Funktion der Temperatur des Gegenstandes. Bei einem Objekt, das aus einem Material gebildet ist, welches.die Wärme schlecht leitet, wie es der Fall ist .bei einem ein Elastomer enthaltenden fi'ecenstand, z.B.

einem üblichen Luftreifen, ist das Verhalten des Gegenstandes im allgemeinen eine Funktion meiner inneren Temperatur. Unglücklicherweise ist es deshalb bisher häufig nicht möglich.gewesen, unmittelbar und genau die interne Temperatur eines solchen Objektes bzw. Gegenstandes zu ermitteln, insbesondere sowohl während der Herstellung des Gegenstandes als auch während seines tatsächlichen Betriebs. Als Ergebnis dessen ist die Steuerung des Herstellungsverfahrens nicht so präzise und gewiß, wie es gewünscht wird. Außerdem ist es nicht möglich gewesen, genaue Daten zu sammeln, die die betriebsgerechte Wirksamkeit des Gegenstandes und seiner Eigenschaften darstellen.

In Bezug auf übliche Luftreifen ist es gut bekannt, 'daß ein unzureichend gehärteter Reifen ein un-

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brauchbares Produkt ergeben kann. Es hat sich deshalb als notwendig erwiesen, genaue Kenntnis der augenblicklichen Innentemperatur solcher Gegenstände sowohl · während der Herstellung als auch während des Betriebs zu erhalten.

Sämtliche Techniken bzw. Verfahren zur Überwachung bzw. Überprüfung der Temperatur von Gegenständen, die elastomere Stoffe enthalten, z.B. Reifen, fallen, schlechthin gesagt,'in zwei Kategorien, nämlich diejenigen, wo Messungen außerhalb des Reifens durchgeführt werden, und diejenigen wo Messungen innerhalb des Reifens durchgeführt werden. Da elastomere Materialien schlechte Wärmeleiter sind, entspricht eine Messung der äußeren Oberflächentemperatur eines Reifens nicht der inneren Reifentemperatur und stellt diese somit notwendigerweise nicht genau dar. Nichtsdestoweniger sind externe Meßtechniken (z.B. die Verwendung von Infrarotsensoren und von thermogekuppelten Wandlern, die mit der Reifenoberfläche " verbunden sind) populär, da sie zerstörungsfrei arbeiten -und den Reifen in einem anderweitig verwendbaren Zustand lassen, nachdem das Temperaturp.rulängsverfahren abgeschlossen ist und können verwendet werden, um die Reifentemperatur zu überwachen, wenn der Reifen befestigt wird und sich in tatsächlichem Betrieb befindet.

Darüber hinaus sind Modelle entwickelt worden, um die Innentemperaturen während der Härtung eines-Reifens vorauszusagen, wenn die übliche Wärmeleitungshärtung eingesetzt wird. . . · . ■

Gegenwärtig bekannte Innen-Meßtechniken bestehen aus dem Einsatz eines Wandlers (als Thermokupplung oder Nadelpyrometer), der direkt in das Innere des Reifens an. einem oder mehreren vorher ausgewählten Bereichen, die interessieren, eingesetzt wird. Obwohl diece Technik genauer ist, als extern erhaltene Messungen, erzeugt der Einsatz eines Wandlers in den Reifen eigene Wärme aufgrund

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. von Reibung,· wodurch ein Momentanfehler bei jeglicher ■' erhaltenen Temperaturmessung induziert'wird. Natürlich nimmt das 'mechanische Verfahren des Einsetzens eines ·. Wandlers in das Innere eines Reifens Zeit in Anspruch und ' ergibt häufig, wenn nicht sogar praktisch i.'imer, eine Zcrütürung deu HuiJ'ctiu. Uciiicntüpi'cchum! :iut dlu-üu Art der Temperaturmessung verschwenderisch und kann lediglich . bei repräseita;iven Proben in der Reifenhergestellung durchgeführt werden, und erfordert sogar dann noch eine Unter-' brechung im Herstellungsablauf.

Da Energie- und Arbeitskosten zugenommen haben, sind die Reifenhersteller für die Verwendung von Mikrowellenfrequenz-Radiation bzw. -Bestrahlung interessiert worden, um eine Erwärmung im Reifen hervorzurufen. Die Natur . eines elektromagnetischen Feldes von Mikrowellenfrequenzen - schließt jedoch die Verwendung metallischer Wandler, wie

Thermoelemente und Nadelpyrometer, für Tempera^uriües- - sungen aus. Da -genaue Modelle zur Vorhersage der inneren Reifentemperaturen aus äußeren Oberf lä.:hentemperuturei: während des Aushärtens, das durch Mikrowellenfrequenz-Radiation hervorgerufen wird, nicht be.vunnu sind, ist man gegenwärtig dazu -nicht in der Lage, genau die Temperatur eines Reifens zu überwachen, dessen Aushärtung durch Mikrowellenfrequenzbestrahlung induziert wurde, wodurch die Erweiterung dieses Härtungsverfahrens bedeutend zurückge-. blieben ist. Dieses Fehlen einer genauen Kenntnis, was die momentane Innentemperatur von Reifen anbelangt, dessen Härtung durch Bestrahlung mit Mikrowellenfrequenzen hervorgerufen ist, hat die Hersteller dazu gebracht, die . ' Verwendung der Bestrahlung mit Mikrowellenfrequenzen auf die "Vorwärmung" von Reifen zu begrenzen, wo ihre Innentemperatur bis zu einem Bereich angehoben wird, v;o die Härtung durch konventionelle Mittel stattfindet.

Der Einsatz von Elektroakustik zur Bestimmung - der Entfernung ist in vielen Versuchen gut bekannt. Man

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verläßt sich dabei auf das Prinzip,, das bei einer konstanten Temperatur und Druck der Schall durch ein Material mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit sich fortpflanzt (obwohl diese Geschwindigkeit für verschiedene Materialien unterschiedlich ist), wobei Impulse elektroakustischer^ Frequenzen, z.B. Ultraschall, erzeugt und sich durch das interessierende Material fortpflanzen, woraufhin die Entfernung des zurückgelegten Impulses bzw. der Schwingungen dadurch errechnet werden kann, daß man seine Geschwindigkeitszeit mit der Impulslaufzeit multipliziert. Verwirklicht man diese Technik,'sind viele Vorrichtungen im Handel erhältlich, um die Wassertiefe und jeglichen darin enthaltenen.Fisch festzustellen, sowie zur Ermittlung des Profils dreidimensionaler Gegenstände, die innerhalb anderer Gegenstände versteckt sind (z.B. ein Fötus, der sich innerhalb des Körpers der Mutter entwickelt), und zur Bestimmung der Dicke von Materialstreifen, um nur einige Anwendungsbereiche zu nennen. Nach Wiesen des Erfinders hat bisher niemand daran gedacht,' die Veränderung der Schallgeschwindigkeit zur Feststellung der Temperatur zu verwenden. Bei sämtlichen Fällen, die der Erfinder kennt, hat er herausgefunden, daß über einen typischen Arbeitsbereich für Temperaturen zur Aushärtung von Materialien oder Verbindungen, die elastomere Materialien enthalten, die Schallgeschwindigkeit dadurch.sich im wesentlichen linear mit der Temperatur verändert. Es erfordert einen Ultraschall-. ' impuls, der sich durcheinen Bezugsreifen fortpflanzt, mindestens bei zv/ei verschiedenen gemessenen Innentemperaturen, wobei die Zeit genessen wird, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren die kontinuierliche und zerstörungsfreie überwachung der Innentemperatur für sämtliche ähnlichen Reifen ermöglicht. Zusätzlich eliminiert das entwickelte erfindungsgemäße Verfahren Veränderungen der Ultraschallimpulslauf zeiten als Ergebnis der Veränderungen der Reifendicke,^-.

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wodurch die kontinuierliche und zerstörungsfreie überwachung der Innentemperatur für jeglichen Gegenstand ermöglicht wird, der das gleiche Material wie das F'Iaterial des Bezugsreifens-besitzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum genauen Feststellen der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit zu schaffen, ohne daß die Gegenstände zerstört werden müssen.

10' Esist eine weitere Aufgabe der vorliegenden

Erfindung, ein Verfahren zur genauen überwachung der Innentemperatur von Gegenständen zu schaffen,die elastomere -· Materialien, z.B. Reifen, enthalten, wenn sich der Reifen in seinem tatsächlichen Betriebszustand an. einen Kraftfahrzeug befindet.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden. Erfindung ist es, ein Verfahren zur genauen Überwachung der Innentemperatur von Gegenständen mit elastomeren Materialien, z.B. Reifen während deren Aushärtung,zu schaffen, ohne daß die Gegenstände zerstört werden müssen.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur genauen überwachung der Innentemperatur von Gegenständen, wie schon erwähnt, zu schaffen,- das kontinuierlich durchgeführt werden, kann, ohne die Aushärtung oder das Produktionsverfahren zu unterbrechen.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur genauen überwachung, der inneren Temperatur von Gerenständen,- wie oben erwähnt, zu schaffen, das sowohl beim Härten mit Bestrahlung durch Mikrowellenfrequenzen, als auch bei der Wärn.eleivunfrshärtung verwendet werden kann.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur akuraten überwachung der Innentemperatur der obengenannten Gegenstände vorzusehen, .„.

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- 10 -

das keinen Fehler in der Temperaturbestimmung als Ergebnis der betriebsmäßigen Anordnung irgendeines Meßwandlers hervorruft.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung;, ein Verfahren zur genauen Überwachung der Innentempeiiatur der obengenannten Gegenstände zu schaffen,das die Elektroakustik verwendet.

Eine noch weitere Aufgabe der¹ vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur genauen überwachung der Innentemperatur der obengenannten Gegenstände vorzusehen,, daß die Zeit aufgenommen wird, die ein elektroakustischer Impuls benötigt, um sich durch den Gegenstand fortzupflanzen, genau in Bezug gesetzt wird bzw. mit der Innentemperatur des Gegenstandes korreliert wird.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur genauen überwachung der Innentemperatur der obengenannten Gegenstände zu schaffen, bei dem die erforderliche Zeit für einen elektroaku-*" stischen Impuls zur Portpflanzung durch den Gegenstand 'aufgenommen wird, und genau mit der Innentemperatur des Gegenstandes korreliert wird, unabhänr.i j^r. von den Abmessungen des Gegenstandes.

Eine noch weitere Auiy.ube der vor! Leitenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur genauen überwachung der Innentemperatur der obengenannten Gegenstände zu Gchnffön, hei dem der elektroakustisch^ Tinpuls Am Bereich der Ultraschallfrequenz liegt.

Diese und andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber den existierenden Formen des Standes der Technik gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor und werden durch diese besser verständlich.

Allgemein umfaßt ein Verfahren zur zerstörungsfreien überwachung bzw. überprüfung der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit die

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Anfangsstufe der Bestimmung der Innentemperatur eines KeferenzobjeKtes oder dessen repräsentativen Teils bei einer Vielzahl von Innentemperaturen (T), Meßen einer Vielzahl von Impulslaufzeiten (t_), die ein elektroakustisches Frequenzimpulssignal braucht, um sich durch das Referenjsobjekt oder eines Teils davon fortzupflanzen, bei einer Vielzahl von Innentemperaturun (T), und Aufstellen eines Verhältnisses zwischen der festgestellten Vielzahl von Innentemperaturen (T) und der dazugehörigen Vielzahl an Impulslaufzeiten (t_T). Danach kann die unbekannte Innentemperatur (T_y) des überwachter: Objektes dadurch ermittelt werden, daß die Impulslaufzeit (t_rT1„), die ein elektroakustisches Frequenzimpulssignal braucht, um sich dadurch fortzupflanzen, gemessen und die unbekannte Innentemperatur (T ) bestimmt wird durch Korrel ierun,- der gemessenen Impulslaufzeit (t_TU) bei dor unbekannten Innentemperatur (T. ) mit dein Verhältnis. V/o die Fortpflanzungswege im Probenobjekt und im zu überwachenden Objekt äußerst . unterschiedliche Längen aufweisen, kann das eben genannte Verhältnis unabhängig von den Dimensionen beider Gegenstände' aufgestellt werden.

Es zeigt Fig. 1

Fig. 2 Fig. 3

Fig

ein Blockdiagramm der Versuchs- bzw. Testvorrichtung zusammen mit einem Wand] und einer Einzelschicht-Bezugsprobe, die Verwirklichung der vorliegenden Erfindur gestattet;

eine Draufsicht auf eine Bezugsprcbe. mit einer einzigen Schicht; eine grafische Darstellung einer beispielhaften Beziehung von Innentemperati gegen Inipulslaufzeit für eine Einzelschichtbezugsprobe, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird;
eine grafische Darstellung eines bei- ^.

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spielhaften Verhältnisses von Innentemperatur gegen Impulslaufzeitverhältnis für eine Einzelschichtbezugsprobe, wie sie in Pig·.- 2 gezeigt wird. In der Kurve der Fi~. Ά ■ sind alle in Fig. 3 gemessenen und aufge

tragenen verstrichenen Zeiten normalisiert . bzw. normiert durch Division mit einer

arbiträr ausgewählten .Bezugsimpulslaufzeit von 10 Mikrosekünden (usec), die Auftrat, . wenn die Innentemperatur 24⁰C-betrug;

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine-vielschichtige Bezugsprobe.
Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung einer beispielhaften Beziehung von Innentemperatur gegen Impulslaufzeit für eine vielschichtige Bezußsprobe, wie sie in Fi?.. 5 gezeigt

wird.
Pig. 7 zeigt eine grafische Darstellung eines

. hei spie !haften Verhältnisses von Innentemperatur

zu Impulslaufzeitverhältnis für eine 20. vielschichtige Bezugsprobe, wie sie in

Fig. 5 gezeigt ist. -In der Kurve- der Fig. . sind.sämtliche gemessenen und in Fig. b eingetragenen Impulslaufzeiten normiert word ■ durch Division mit einer arbiträr aus-' gewählten Bezugsimpulslaufzeit von 10

Mikrosekünden (usec), die-auftrat, wenn die Innentemperatur 2M° C betrug.

Fig. 8 zeigt in einer etwas schematischen Darstellung wie das Schaubild eines Oscilloskops, · die Wellenform des Rück!aufultraschallimpulssignals aussieht, wie es durch den Wandler ermittelt wird,· wenn er mit der vielschichtigen BeEUvtsnrobe gekoppelt ist, die eine Inrientemperatu:· innerhalb sänt-. licher Schichten von 21° ;' aufweist.

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^r ~ BAD ORIGINAL GOPY

Die Wellenform der Pig. 8 ist eine Annäherung und ist nicht notwendigerweise maß-• stabgerecht oder zeitmäßig mit der Wellenform

in Fig. 9 koordiniert, b ■·. Fig. 9 zeigt eine etwas schematische Darstellung,

wie sie das Schaubild eines Oscilloskcps von der Wellenform des Rücklaufultraschallinipuls· signals zeigen würde, wie es durch den Wandle ermittelt wird, wenn dieser mit der viel-

■ . schichtigen Bezugsprobe gekoppelt ist, die e:

■ Innentemperatur innerhalb sämtlicher Schichte von 52° C aufweist. Die Wellenform der Fig. ist eine Annäherung und nicht notwendigerwei; maßstabsgerecht oder zeitgerecht mit der

15· Wellenform der Fig. 8 koordiniert.

■ Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben:

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die generell mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, die zusammen mit einem Wandler 14 mit geeignetem Durchlassbereii und einer Bezugsprobe oder Gegenstand 16 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, geeignet ist,- wobei .: zerstörungsfreie thermische Analysen ermöglicht werden. Ein' derartiges Versuchsgerät 12 ist im Handel in Gebrauch ^; und wird als Nova Scope 2000 bezeichnet, das von MDT Instruments, Huntington Beach, California erhältlich ist, mit einem typischen Wandler I²J, der die Form eines Models 6 C-2,5 MHz Ultraschallwandlers besitzt, der von :

. Harisonic Laboratories Inc., Stanford, Connecticut^ geliefert wird.

Als Alternative kann der Versuchsapparat 12 ebenfalls aus einzelnen Bestandteilen, wie einem Ultraüchallimpulsgeneratur 18 und einem Empfangsgerät 20 bestehen, z.B. Metrotek MP 215 Impulsgeber und MR 101 Empfänger _ir ::ie beide von der Metrotek Ultrasonic Instruments, Richland

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Washingt., erhältlich sind. Die Testvorrichtung 12 kann ferner ein Oscilluskop 2i umrassen, z.B. den Tektronix Typ 422, erhaltlich von Tektronix Inc., Beaverton, Oregon, zusammen mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (central processor unit (CPU) ) oder einem Schreibtischcomputer ? ^!-·^!' 24, z.B. das Intel Modell 8010, erhältlich von Intel Corp., Santa Clara, Kalil'ornien. Als letzten bestandteil Könnte die Testvorrichtung 12 ebenfalls eine Schaubild- bzw. Bildscnirmvorrichtunn 26 umfassen, mit einer aus sieben Abschnitten bestehenden, lichtemittierenden Diode, (»light emitting diode (LliD) ), die als numerische Anzeige dient sowie eine Zeltzählvorrichtung, z.B. das Tektronix Modell DC5O5A. Obwohl die Testvorrichtung 12 oder ihre Bestandteile zusammen mit dem Wandler 14 keinen Teil

Ib der vorliegenden Erfindung bilden, bilden sie das Mittel, durch die die Erfindung ausgeführt werden kann.

Die Referenz- bzw. Bezugsprobe oder der Gegenstand 16 kann z.B. ein Stück gehärtetes oder teilweise · gehärtetes öder grüner Gummibestand sein, z.B. ein Durometer-Versuchsknopf. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine exemplarische Bezugsprobe l6 einer einzigen Schicht, mit einem unterbrochenen Kreis id8, der die typiscne Anordnung eines Wandlers 14 darauf anzeigt.

Im Gegensatz dazu, ist die Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Bezugsprobe ^O mit vielen Schichten, die einen typischen Abschnitt aus einem Laufflächenteil eines Radialreifens für Lastwagen darstellt, mit einer äußeren Laufflächenschicht 32 aus Verbundgummi, einem ersten Verstärkungsgürtel oder Schicht 34 einer gummierten 4usammensetzung mit einer darin eingebetteten Vielzahl paralleler Verstärkungscords 36 aus Textil, Glas oder Stahl-Konstruktionen. Ein zweiter Gürtel oder Schicht 30 aus Gummi besitzt ebenfalls eine darin eingebetete Vielzahl von Verstärkungscords 40. In gleicher V/eise Desitzt ein dritter Gürtel oder Gummischicht 42 darin einge-

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beutet Verstärkungscords 44, während ein vierter Gürtel oder Schicht aus Gummimaterial ¹Io eine Vielzahl 4 S einbettet. Unterhalb, jedoch angrenzend an den vierten Gürtel oder Schicht 46, ist eine Schient aus einem Unterbuulagenmateriai 42 einer gummierten Zusammensetzung mit einer Vielzahl von Verstärkungscords 54 aus Textil, Glas, oder Stahlmaterial, die darin eingebettet sind. Schließlich ist unterhalb des Unterbaulagenrriaterials 42 eine Schicht eines Innenfuttermaterials 5ö mit einer Gummizusammensetzung niedriger Permeabilität. Die tatsächlichen Zuoumnieriijetzun^en, Dicken oder Anordnungen dor vct'uoli ii_·- denen Gürtel oder -Schichten sowie die Arten der Verstärkung: cords und die verschiedenen Cordwinkel besitzen keine Bedeutung für das zerstörungsfreie uberwachungsverfahren der vorliegenden Erfindung und sind nur der besseren Darstellung halber gezeigt, wobei die Laufflächenschicht 32 die äußerste Schicht ist, d.h. die Schicht, die tatsächlich mit dem Boden in Kontakt steht.

Betriebsmäßig ist das' erfindungsgemäße Verfahren 'geradlinig. Alles, was im wesentlichen notwendig ist, ist zuerst die Feststellung des Verhältnisses zwischen der Zeit, die erforderlich ist, damit ein Impuls mit Ultraschallfrequenz sich durch das interessierende Material fortpflanzt und seiner entsprechenden Temperatur. Dieses braucht nur mit einereinzigen Standard-oder Referenzprobe (im folgenden die "Referenz- bzw. Bezugsprobe" genannt) durchgeführt werden. Danach kann die Messung bei der gleichen Frequenz mit einem wandler, der die gleichen Eigencenai'ten einer "lmpulslaufzeit" (.pulse proportion time , run:! ι Tollend P PT) genannt, auf irgendeinem ähnlicher:

Gegenstand (nachfolgend "überwachter Gegenstand" genannt) direkt korreliert werden mit dem ermittelten Verhältnis, wobei seine Innentemperatur ermittelt wird, ohne daß es erforderlich ist, eine destruktive Messung im inneren

des Gegenstandes durchzuführen. ORIGINAUINSPECTED

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COPT

»Μ ■ ■

- 16 -

Da die PPT proportional zur Entfernung ist, durch die sich der Impuls fortpflanzen bzw. bewegen muß, und PPT-Messungen direkt nur Temperaturveränderungen wiedergeben, müssen Veränderungen in der Entfernung dei bezugsprobe und der Impulslaufwege des überprüften Gegenstandes Derücksichtigt werden. Kalis die Bezugsprobe und der üDerprüfte Gegenstand im wesentlichen die gleichen Abmessungen besitzen und der Wandler ähnlich auch dem überprüften Gegenstand positioniert wird, wie auf der Bezugsprobe, ist die Entfernung, über die der Impuls bzw. die Welle sich bewegt, im wesentlichen die gleiche, und auf dieser Grundlage werden keine Veränderungen Hervorgerufen. JJiese Gleichheiten sind jedoch nicht immer möglich oder wünschenswert zu erreichen, wenn lediglich ein representativer Teil des Materials des zu überprüfenden Gegenstandes zur Verfügung steht. In solchen Fällen eliminiert das einfache Hilfsmittel der Normalisierung bzw. Normierung sämtlicher PPT's mit einer arbiträr ausgewählten Standar.d-^V PPT-Messung Veränderungen aus der Korrelation, die als Ergebnis unterschiedlicher Ausmaße der Portjjflanzungswege in der Bezugsprobe und im überprüften Objekt auftreten können.

Kehrt man nun zu den Fig. 1, 2 und 3 zurück, so wird ein besonderem exemplarische:.; Verfahren in Uberein-Stimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgezeigt unter Bezugnahme auf eine Bezugsprobe 16 mit einer einzigen Schicht, z.B. einem ausgehärteten Reifenmaterial vom Lager. Anfänglich ist der betriebsmäßig mit der Vorrichtung 12 verbundene Ultraschallwandler 1*J mit der Bezugsprobe 16

j)0 verbunden, indem es in direkten Kontakt mit der Oberfläche 15 gebracht wird, in der Weise, wie sie in den Fig. 1 und gezeigt ist. Danach wird durch den Generator¹ 12 ein Ultraschallfrequenzimpuls mit ausreichender Energie erzeugt, um vollständig die Bezugsprobe 16 zu durchdringen, von

■•35'.ky ■"•'inre'r irineren oder Bodenfläche 17 zurückzuref lektieren

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- ιγ -

und zum Wandler an ihrer oberen oder äußeren Fläche

15 zurückzukehren. Alternativ arbeitet das vorliegende Verfahren, wo es wünschenswert oder hilfreich ict, zwei Wandler in ausgerichteter Stellung auf gegenüberliegenden Seiten oder Flächen der Bezugsprobe Io und geeignete Abänderungen an der Vorrichtung 12 vorgenommen worden sind, erfolgreich mit der Fortpflanzung des Ultraschallfrequenzimpulses von der einen Seite oder Flüche zur anderen. Das Empfangsgerät 20 liefert eine Wellenform an die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)

2h und zum Oscilloskop 22, aus der die PPT direkt herausgefunden werden kann, wie weiter unter, erklärt wird. Diese Stufen werden bei zwei oder mehreren unterschiedlichen Innentemperaturen auf der Bezugsprobe

16 für jedes abweichende Elastomer-Produkt oder -Verbindung wiederholt, dessen Innenteinperatur überwacht bzw. überprüft werden soll. Die tatsächliche Innentemperatur muß man entweder kennen oder genau durch konventionelle Verfahren messen, z.B. mit einem Naaelpyrorneter oder •einem eingebetteten Thermoelement, una zwar.bei jeder Innentemperatur, an der die ΓΡτ'ε gemessen v/erden, uie Tabelle I zeigt empirisch ermittelte Daten für eine Einzelschicht-Bezugsprobe Ib aus einem gehärteten ReifeninaLci· ial vom Lrigur, wobei ti it.¹ Vurnlchtun;': 1? mit 2,2!. i'-H-betrieben wurde.

TABELLE I Innentemperatür

2k° C

1 ΊΟ ρ

35° C

"2 W O O

iJ2° C

4 0 O

5b° C

6b° C

96° C

pul	si	.aufzeit	; (PPT)	impulslauf .(PPT-Verhä	■ 913	zeit Itnis)
10.	0	usecs		1	930
10.	b	u 3 e c s		0.	,3b2
10.	ö	u c e c s		0.	.8PO
11.	b	usecs		0.	.7-0
12.	L'			0.	.720
12.	y	μ s e c s		0,	.690
Hi.	0	usecs		0,	.530	ORIGINAL INSPEC
14.	6	usecs		0.
19.	0	usecs		0	- BAD ORIGINAL
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Auf diese Art und Weise werden PPT¹ s (.die mit dem Symbol t™ bezeichnet werden), für eine Vielzahl gewünschter oder bekannter Innentemperaturen [T) erhalten, wobei die Bestätigung dieser Temperaturen, wenn es erforderlich ist, über irgendeine übliche Uberprüfungsausrüstung «gemacht wird, die dazu in der Lage ist,, eine akurate Messung der Innentemperatur des Bezugsgegenstandes durchzuführen.

Aus den Daten in Tabelle I kann eine grafische Darstellung gemacht werden, wie in Fig. 3 gezeigt, wo das Verhältnis von PPT zur Innentemperatur der Bezugsprobe Ib angegeben ist. Wenn das überprüfte Reifenmaterial und die Bezugsprobe Portpflanzungswege etwa der gleichen Länge besitzen, wie es schon vorher erklärt wurde, kann man die momentane bzw. sofortige Innentemperatur des überprüften Reifens dadurch ermitteln, 'daß die sofortige PPT gemessen und diese korreliert wird mit der tatsächlichen Innentemperatur, "wobei dieses Verhältnis in Fig.. 3^% gezeigt wird. Falls z.B. zu einem Zeitaugenblick das überprüfte Reifenmaterial eine durch Messung ermittelte PPT von 13 usec besitzt, kann die innere Temperatur des Reifenmaterials zu diesem Zeitaugenblick aus der Kurve der Fig. 3 ermittelt werden als 49° C. Wo es gewünscht wird, kann der Computer 2*1 diese Beziehung bzw. das Verhältnis in seinem Speicher aufnehmen und nach Eingang eines PPT's aus dem Empfangsgerät 20 automatisch die entsprechende Innentemperatur ermitteln und diese bei der numerischen LED-Zahlenangabe 2b anzeigen.

Sollte die Länge der Portpflanzungswege in der Besugsprobe und im überwachten Reifenmaterial außerhalb annehmbarer Grenzen liegen und somit voneinander abweichen, könnenjlie entstehenden Abweichungen in den PPT's durch ein einfaches Hilfsmittel eliminiert werden, zuerst wird einer der PPT's, für die die entsprechende Innentemperatur ^(TrO bekannt ist, ausgewählt (im folgenden die "3esugs-PPT"

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genannt, und als t_D bezeichnet), und sämtliche Bezuss-

PPT's werden dann durch sämtliche PPT's geteilt, um - eine Vielzahl von "PPT-Verhältnissen" t„/t_T zu erhalten.

Diese Verhältnisse sind z.B. in Tabelle 1 ermittelt worden und dort aufgeführt worden, unter Verwendung de-j Iüulu'c l'PT'ü, da is come säen wurde, als die Innentemperatur des Reifenmaterials 24° C betrug, was als Bezugs-PPT ausgewählt wurde. Aus diesen Daten wurde die grafische Darstellung bzw. Kurve in Fig. 4 hergestellt, die das Verhältnis der PPT normiert gegen die Bezugs-PPT zur Innentemperatur der Bezugsprobe 16 zeigt.'Die Sofort-Innentemperatur des überwachten Reifenmaterials kann-ermittelt werden, indem die PPT für das überwachte Reifenmaterial bei einer unbekannten Innentemperatur (Ty) ge-

15- messen wird, wobei dieses PPT als t_T und t„ bezeichnet wii'd, und die Bezugs-PPT (t_R) dadurch geteilt wird, um die trp.. zu normieren und diese normierte PPT über das Verhältnis in Fig. 4 mit der tatsächlichen Innentemperatur des Reifenmaterials zu korrelieren. F.-ills z.B. ein über-'prüftes Reifenmaterial der gleichen Art wie das der Bezugsprobe 16, das verwendet wurde,, um die-Daten für die Fig. 3 und 4 zu sammeln, durch die Vorrichtung 12 gemessen wird und eine PPT von 12,5 usecs ergibt und die vorher ausgewählte Bezugs-PPT von 10 usecs durch

2b 12,5 geteilt .wird,.so ergibt das resultierende PPT-Verhältnis von 0,8 eine Innentemperatur von 49° C, wenn man Fig. 4 anwendet.

Das Verfahren zum überwachen der Innentemperatur von Gegenständen mit vielen Schichten, wie sie der in Fig. 5 gezeigte Kadialreifenabschnitt 30 besitzt, ist im wesentlichen das Gleiche wie bei Gegenständen mit nur einer Schicht als Bezugsprobe Ib. In diesem Fall führt jedoch jede Schichtgrenze zu einem getrennten Rücklaufecho zum Empfangsgerät 20, wodurch eine Vielzahl von Verhältnissen zwischen PPT und Innentemperaturen entstehen

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(.wie es in Fig.6 gezeigt wird), sowie'eine Vielzahl von Verhältnissen zwischen normierten PPT's und Innentemperaturen (wie es in Fig. 7 gezeigt wird). Aus solchen"" Verhältnissen kann die Sofort-Innentemperatur jeder Schicht überwacht werden und ein Profil der Temperaturveränderungen durch den gesamten Reifen entwickelt werden.

Die Fig. 8 und 9 stellen Wellenform exemplarischer Rücklaufultrar.chailimpul ssipinale dar, wie sie auf dem Bildschirm des Osei lloucops 22 gezeigt würden,, wobei der Wandler 14 mit der Vielfachschicht-Bezugsprobe 30 verbunden ist. In Fig. 8, wo alle Innenschichten der Bezugsprobe 30 tatsächlich bei 21° C gemessen wurden, sinc^die PPT's für vier Gürtel aus den nachfolgenden Punkten der Mäximalanplitude ersichtlich, die bei etwas 24,5, 26, 27,5 und 30 usecs nach dem Durchlassen des Ultraschallimpulses aufgetreten sind. In Fig. S, wo sämtliche Innenschichten der Bezugsprobe 30 tatsächlich bei 52° C gemessen worden sind, sind gleichermaßen PPT's für vier Gürtel zu sehen,- ^Λ die bei etwa 26,5₃ 2Ö, 29,5 und 32,5 usecs nach dem Durchlassen des Ultraschallimpulses aufgetreten sind.

Da das erfindungsgemäße Verfahren natürlich den überwachten bzw. zu überprüfenden Gegenstand in keiner Weise beschädigt oder dergleichen, ist es einleuchtend, daß das Yerfahren zerstörungsfrei ist und, wenn überhaupt, minimale Störung bei jeglichem Herstellungsverfahren verursacht. Darüberhinaus kann eine kontinuierliche Aufzeichnung der Innentemperaturveränderungen entwickelt werden, da das erfindungsgemäße Verfahren im Bruchteil einer Sekunde vollständig durchgeführt werden kann. Da lediglich ein äußeres Verbinden des Wandlers mit dem zu überprüfenden Gegenstand benötigt wird, um das vorliegende Verfahren durchzuführen, ist es für den Fachmann verständlich, daß es bei Gegenständen wie Keifen in tatsächlichem Betrieb und zusätzlich bei jeglichen Herstellungsbereichen angewendet v/erden kann.

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Insoweit, als die vorliegende Erfindung Gegenstand vieler Variationen, Abänderungen und Veränderungen im Detail ist, von denen einige wörtlich hier erwähnt worden sind, sind sämtliche beschriebenen Einzelheiten der gesamten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen nur in ihrem beschreibenden Sinne nicht aber einschränkend zu interpretieren. Es dürfte deshalb einleuchten, daß ein in Übereinstimmung mit dem Konzept der vorliegenden Erfindung liegendes Verfahren und deren vernünftige Äquivalente auch die Aufgaben der vorliegenden Erfindung lösen bzw. den Stand der Technik der zerstörungsfreien überwachung der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wesentlich verbessern.

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Claims

Patentansprüche

l.y Elektroakustisches Verfahren zum zerstörungs freien überwachen bzw. überprüfen der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen: Feststellen der Innentemperatur eines Bezugsobjektes oder dessen repräsentativen Teiles bei einer Vielzahl von Innentemperaturen (T); ' ·

Meü3en einer Vielzahl von Impulslaufzeiten (t ), die ein elektroakustisches Frequenz ircinulssignal zur Fortpflanzung durch das Bezurqsobjekt oder dessen repräsentativen. Teil bei der genannten Vielzahl von Innentenmeraturen (T) braucht;
Aufstellen einee Verhältnisses zwischen der festge- _ä.

stellten Vielzahl von InnenteraDeraturen (T) und der

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Vielzahl von Impulslauf- bzw. Impulsfortpflanzungszeiten (t_T);
Messen der .Impulslaufzeiten (t^ _{die ein elektroaku}_ stisches Frequenzimpulssignal zur Fortpflanzung durch den Gegenstand braucht, der bei einer unbekannten Innentemperatur (T„) zu überwachen ist, und

Feststellen der unbekannten Innentemperatur (ϊ_π\, wobei die Stufe zum Feststellen der unbekannten Innentemperatur , (Ty) die Stufe der Korrelierung der gemessenen Imnuls-10, lauf zeit (t™,) mit dem Verhältnis zwischen der festgestellten Vielzahl an Innentemperaturen (T) und der Vielzahl der Impulslaufzeiten (t_T) umfaßt.

2. Verfahren nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Messung der Impulslaufzeiten (t™) und die Stufe der Messung der Impulslaufzeiten (L.., extern am Gegenstand während des " ■ Betriebs:sustandes durchgeführt werden.

3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Messung der -Impulslaufzeiten (tm) und die Stufe des Messens der Inipuls] auf ce it (trprj) keinen Fehler in der Innentemperaturbestimmung als Ergebnis der betriebsmäßigen Anordnung jeglicher Meßwandler hervorrufen.

4. Verfahren nach Anspruch l_s dadurch ge--

■25 kennzeichnet, daß die Stufe des Aufstellens eines Verhältnisse:.; umΓ;i..'.t, daß d;;;· Verliüllriiü unabhäni'i»¹; von den Ausmaßen des Gegenstandes gemacht wird.

5· Verfahren nach Anspruch ¹I, dadurch ge-

' . kennzeichnet, daß die Stufe des Aufstellens des Verhältnisses ferner die Stufe des Auswählens einer der festgestellten Vielzahl der Innentemperaturen (T) und ihre zugehörige Impulslaufzeit (tj als Bezug umfaßt, die entsprechend als Tp und als t_R bezeichnet werä-n.

.6. Verfahren nach Anspruch 5₅ dadurch .~ekennzeichnet, daß die Stufe der Herstellung einer, von

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den Ausmaßen des Gegenstandes unabhängigen Verhältnisses umfaßt, daß die Vielzahl der Impulslaufzeiten (t_m) gegen die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t_R) normiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch r.okenn^e ichnel, daß die Stufe der Normalisierung der Vielzahl von· Impulsluufzeiten (t ,) umfaßt, daß eine Vielzahl von Irnpulslauf Zeitverhältnissen dadurch ermittelt wird, daß die ausgewählte Bezugsiiripulslauf zeit (^p) durch jede .Violzahl der 'Inipuls] aufweiten (t,.,) dividiert wird.

8. Verfahren nach.Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Herstellens eines von den Ausmaßen des Objektes unabhängigen Verhältnisses ferner umfaßt, daß ein Verhältnis zwischen der festgestellten Vielzahl von Innentemperaturen (T) und der festgestellten Vielzahl von Impulslaufzeitverhältnissen (t„/t_m) aufgestellt wird. ■ . ^v

9. Verfahren nach'Anspruch 8, dadurch ge-'kennzeichnet, daß die Stufe des Peststellens der.unbekannten Irin« ·π1.ι_·πιρι.·ρ.'ΐ1.ιπ· (T,,.) weiter um Paßt, daß die Impulslaufzeit (t™.,) gegen die .ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t_o) normiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Normierung der Impulslaufseit (t_TU) umfaßt, daß ein Impulslauf-bzw. Impulsfortpflanzungsverhältnis dadurch ermittelt wird, daß die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t_r.) durch die Impulslaufzeit (tm,j) dividiert, wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Feststeilens der unbekannten Innentemperatur (Ty) weiter umfaßt, daß das Irr.Dulslaufverhältnis (t_o/t_rl ) ^mit dem Verhältnis zwischen der festgestellten Vielzahl von Innenterriperaturen (T) j ,. und der f e'str.estellten Vieluahl von Jinr ul ülauf zeitverhälfe-ri"

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Ct_o/t_m) korreliert wird,
η ι

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Messens der Impulslaufzeit (t_T) umfaßt, daß ein Ultraschallfrequenzimpulssif.nal erzeugt wird, und daß die Stufe des Messenü der· Tmpul r.1 nufzeit (t^,·) die Stufe der Erzeucung eines Ultraschaü 1 f'requenzimpulssicnals umfaßt.

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