DE3319068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit durch Messen der Laufzeit akustischer Impulse.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 27 35 908 bekanntgeworden. Die dortige Lehre beschreibt eine Ultraschall-Temperaturmeßsonde, die in Brennstoffsäulen von Kernreaktoren eingesetzt wird. Danach wird über einen magnetostriktiven Wandler ein im Ultraschallbereich liegender Schwingungsimpuls von einem elektromagnetischen Geber auf eine Leitung abgegeben und die Zeitdifferenz zwischen Reflexionen an Diskontinuitäten in der Leitungssonde am Leitungsende gemessen. Aus der Laufzeit des Signals auf der Leitung wird die Umgebungstemperatur ermittelt. Nachteilig macht sich jedoch nach dieser vorbekannten Lehre bemerkbar, daß die Temperaturermittlung durch Veränderung der Schallgeschwindigkeit nur dann möglich ist, wenn man die Distanz kennt, die der elektroakustische Impuls zurücklegt.

Ferner ist aus dem Stand der Technik gemäß DE-OS 23 21 445 ein Signalkorrelator bekannt für zwei Signale zum Bestimmen eines Transponierungsintervalls in bezug auf einen Parameter eines Signals gegenüber dem anderen Signal, zur Herbeiführung der besten Übereinstimmung zwischen den beiden Signalen. Auch diese Lehre arbeitet wiederum als invasive Technik mit der Festlegung der Signaldurchgangsstrecke.

Ferner ist es allgemein bei einem Gegenstand mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, z. B. einem üblichen elastomeren Luftreifen, bekannt, daß das Verhalten dieses Gegenstandes im allgemeinen eine Funktion seiner inneren Temperatur ist. Es ist deshalb bisher häufig nicht möglich gewesen, unmittelbar und genau die Innentemperatur eines solchen 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 wie es gewünscht wird. Außerdem ist es nicht möglich gewesen, genaue Daten zu sammeln, die die betriebsgerechte Wirksamkeit des Gegenstandes und seiner Eigenschaft darstellen.

Bei üblichen Luftreifen ist es gut bekannt, daß ein unzureichend gehärteter Reifen ein unbrauchbares 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, 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 Temperaturprüfungsverfahren 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 diese Technik genauer ist, als extern erhaltene Messungen, erzeugt der Einsatz eines Wandlers in den Reifen eigene Wärme aufgrund 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 immer, eine Zerstörung des Reifens. Dementsprechend ist diese Art der Temperaturmessung verschwenderisch und kann lediglich bei repräsentativen Proben in der Reifenherstellung durchgeführt werden, und erfordert sogar dann noch eine Unterbrechung 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 Temperaturmessungen aus. Da genaue Modelle zur Vorhersage der inneren Reifentemperaturen aus äußeren Oberflächentemperaturen während des Aushärtens, das durch Mikrowellenfrequenz- Radiation hervorgerufen wird, nicht bekannte 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 zurückgeblieben 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, wo die Härtung durch konventionelle Mittel stattfindet.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit derart weiter zu entwickeln, daß es unter Verzicht auf Festlegung bestimmter Signalstrecken kontinuierlich durchgeführt werden kann, ohne den tatsächlichen Zustand des Gegenstandes, insbesondere die Aushärtung bei Reifen, oder das Produktionsverfahren zu unterbrechen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Prizipiell beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, daß über einen typischen Arbeitsbereich für Temperaturen zur Aushärtung von Materialien oder Verbindungen, die elastomere Materialien enthalten, die Schallgeschwindigkeit durch diese Materialien sich im wesentlichen linear mit der Temperatur verändert. Erfindungsgemäß werden Impulslaufzeiten elektroakustischer Frequenz Impulssignale gemessen, nämlich einerseits durch einen Bezugsgegenstand hindurch bei mindestens zwei bekannten Temperaturen, und andererseits durch den zu überwachenden Gegenstand hindurch bei einer unbekannten Temperatur. Letztere wird danach durch entsprechende Korrelierung der gemessenen Impulslaufzeiten ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Härten, insbesondere von Luftreifen und dergleichen, mit Bestrahlung durch Mikrowellen, als auch bei der Wärmeleitungshärtung verwendet werden. Wo die Fortpflanzungswege im Bezugsgegenstand und im zu überwachenden Gegenstand äußerst unterschiedliche Längen aufweisen, kann das Verhältnis zwischen der festgestellten Vielzahl von Innentemperaturen und der dazugehörigen Vielzahl an Impulslaufzeiten unabhängig von den Dimensionen beider Gegenstände aufgestellt werden.

Weiterbildungen gehen aus den vorstehenden Unteransprüchen hervor, die sich u. a. darauf beziehen, daß der elektroakustische Impuls im Bereich der Ultraschallfrequenz liegt. Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben:

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Versuchs- bzw. Testvorrichtung zusammen mit einem Wandler und einer Einzelschicht-Bezugsprobe, die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Bezugsprobe mit einer einzigen Schicht;

Fig. 3 eine grafische Darstellung einer beispielhaften Beziehung von Innentemperatur gegen Impulslaufzeit für eine Einzelschichtbezugsprobe, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird;

Fig. 4 eine grafische Darstellung eines beispielhaften Verhältnisses von Innentemperatur gegen Impulslaufzeitverhältnis für eine Einzelschichtbezugsprobe, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird. In der Kurve der Fig. 4 sind alle in Fig. 3 gemessenen und aufgetragenen verstrichenen Zeiten normalisiert bzw. normiert durch Division mit einer arbiträr ausgewählten Bezugsimpulslaufzeit von 10 Mikrosekunden (µsec), die auftrat, wenn die Innentemperatur 24°C 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 Bezugsprobe, wie sie in Fig. 5 gezeigt wird.

Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung eines beispielhaften Verhältnisses von Innentemperatur zu Impulslaufzeitverhältnis für eine vielschichtige Bezugsprobe, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. In der Kurve der Fig. 7 sind sämtliche gemessenen und in Fig. 6 eingetragenen Impulslaufzeiten normiert worden durch Division mit einer arbiträr ausgewählten Bezugsimpulslaufzeit von 10 Mikrosekunden (µsec), die auftrat, wenn die Innentemperatur 24°C betrug.

Fig. 8 zeigt in einer etwas schematischen Darstellung wie das Schaubild eines Oscilloskops, die Wellenform des Rücklaufultraschallimpulssignals aussieht, wie es durch den Wandler ermittelt wird, wenn er mit der vielschichtigen Bezugsprobe gekoppelt ist, die eine Innentemperatur innerhalb sämtlicher Schichten von 21°C aufweist. Die Wellenform der Fig. 8 ist eine Annäherung und ist nicht notwendigerweise maßstabgerecht oder zeitmäßig mit der Wellenform in Fig. 9 koordiniert.

Fig. 9 eine etwas schematische Darstellung, wie sie das Schaubild eines Oscilloskops von der Wellenform des Rücklaufultraschallimpulssignals zeigen würde, wie es durch den Wandler ermittelt wird, wenn dieser mit der vielschichtigen Bezugsprobe gekoppelt ist, die eine Innentemperatur innerhalb sämtlicher Schichten von 52°C aufweist. Die Wellenform der Fig. 9 ist eine Annäherung und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht oder zeitgerecht mit der Wellenform der Fig. 8 koordiniert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die generell mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, die zusammen mit einem Wandler 14 mit geeignetem Durchlaßbereich 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 NDT Instruments, Huntington Beach, California erhältlich ist, mit einem typischen Wandler 14, 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 Ultraschallimpulsgenerator 18 und einem Empfangsgerät 20 bestehen, z. B. Metrotek MP 215 Impulsgeber und MR 101 Empfänger, die beide von der Metrotek Ultrasonic Instruments, Richland Washingt., erhältlich sind. Die Testvorrichtung 12 kann ferner ein Oscilloskop 22 umfassen, z. B. den Tektronix Typ 422, erhältlich 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, Kalifornien. Als letzten Bestandteil könnte die Testvorrichtung 12 ebenfalls eine Schaubild- bzw. Bildschirmvorrichtung 26 umfassen, mit einer aus sieben Abschnitten bestehenden, lichtemittierenden Diode, (light emitting diode (LED)), die als numerische Anzeige dient sowie eine Zeitzählvorrichtung, z. B. das Tektronix Modell DC505A. Obwohl die Testvorrichtung 12 oder ihre Bestandteile zusammen mit dem Wandler 14 keinen Teil 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 oder grüner Gummibestand sein, z. B. ein Durometer-Versuchsknopf. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine exemplarische Bezugsprobe 16 einer einzigen Schicht, mit einem unterbrochenen Kreis 28, der die typische Anordnung eines Wandlers 14 darauf anzeigt.

Im Gegensatz dazu, ist die Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Bezugsprobe 30 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 Zusammensetzung mit einer darin eingebetteten Vielzahl paralleler Verstärkungscords 36 aus Textil, Glas oder Stahl-Konstruktionen. Ein zweiter Gürtel oder Schicht 38 aus Gummi besitzt ebenfalls eine darin eingebettete Vielzahl von Verstärkungscords 40. In gleicher Weise besitzt ein dritter Gürtel oder Gummischicht 42 darin eingebettet Verstärkungscords 44, während ein vierter Gürtel oder Schicht aus Gummimaterial 46 eine Vielzahl 48 einbettet. Unterhalb, jedoch angrenzend an den vierten Gürtel oder Schicht 46, ist eine Schicht aus einem Unterbaulagenmaterial 42 einer gummierten Zusammensetzung mit einer Vielzahl von Verstärkungscords 54 aus Textil, Glas oder Stahlmaterial, die darin eingebettet sind. Schließlich ist unterhalb des Unterbaulagenmaterials 42 eine Schicht eines Innenfuttermaterials 56 mit einer Gummizusammensetzung niedriger Permeabilität. Die tatsächlichen Zusammensetzungen, Dicken oder Anordnungen der verschiedenen Gürtel oder Schichten sowie die Arten der Verstärkungscords und die verschiedenen Cordwinkel besitzen keine Bedeutung für das zerstörungsfreie Überwachungsverfahren 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 nicht 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 einer einzigen 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 Eigenschaften einer "Impulslaufzeit" (pulse propogation time, nachfolgend PPT) genannt, auf irgendeinem ähnlichen 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.

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 der Bezugsprobe und der Impulslaufwege des überprüften Gegenstandes berücksichtigt werden. Falls die Bezugsprobe und der überprüfte 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. Diese 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 Standard- PPT-Messung Veränderungen aus der Korrelation, die als Ergebnis unterschiedlicher Ausmaße der Fortpflanzungswege in der Bezugsprobe und im überprüften Objekt auftreten können.

Kehrt man nun zu den Fig. 1, 2 und 3 zurück, so wird ein besonderes exemplarisches Verfahren in Übereinstimmung 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 14 mit der Bezugsprobe 16 verbunden, indem es in direkten Kontakt mit der Oberfläche 15 gebracht wird, in der Weise, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Danach wird durch den Generator 12 ein Ultraschallfrequenzimpuls mit ausreichender Energie erzeugt, um vollständig die Bezugsprobe 16 zu durchdringen, von ihrer inneren oder Bodenfläche 17 zurückzureflektieren und zum Wandler an ihrer oberen oder äußeren Fläche 15 zurückzukehren. Alternativ arbeitet das vorliegende Verfahren, wo es wünschenswert oder hilfreich ist, zwei Wandler in ausgerichteter Stellung auf gegenüberliegenden Seiten oder Flächen der Bezugsprobe 16 und geeignete Abänderungen an der Vorrichtung 12 vorgenommen worden sind, erfolgreich mit der Fortpflanzung des Ultraschallfrequenzimpulses von der einen Seite oder Fläche zur anderen. Das Empfangsgerät 20 liefert eine Wellenform an die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 24 und zum Oscilloskop 22, aus der die PPT direkt herausgefunden werden kann, wie weiter unten erklärt wird.

Diese Stufen werden bei zwei oder mehreren unterschiedlichen Innentemperaturen auf der Bezugsprobe 16 für jedes abweichende Elastomer-Produkt oder -Verbindung wiederholt, dessen Innentemperatur überwacht bzw. überprüft werden soll. Die tatsächliche Innentemperatur muß man entweder kennen oder genau durch konventionelle Verfahren messen, z. B. mit einem Nadelpyrometer oder einem eingebetteten Thermoelement, und zwar bei jeder Innentemperatur, an der die PPT's gemessen werden. Die Tabelle I zeigt empirisch ermittelte Daten für eine Einzelschicht-Bezugsprobe 16 aus einem gehärteten Reifenmaterial vom Lager, wobei die Vorrichtung 12 mit 2,25 MHz betrieben wurde.

Auf diese Art und Weise werden PPT's (die mit dem Symbol t _T bezeichnet werden), für eine Vielzahl gewünschter oder bekannter Innentemperaturen (T) erhalten, wobei die Bestätigung dieser Temperaturen, wenn es erforderlich ist, über irgendeine übliche Überprüfungsausrüstung 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 16 angegeben ist. Wenn das überprüfte Reifenmaterial und die Bezugsprobe Fortpflanzungswege 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 µsec 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 24 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 26 anzeigen. Sollte die Länge der Fortpflanzungswege in der Bezugsprobe und im überwachten Reifenmaterial außerhalb annehmbarer Grenzen liegen und somit voneinander abweichen, können die entstehenden Abweichungen in den PPT's durch ein einfaches Hilfsmittel eliminiert werden. Zuerst wird einer der PPT's, für die die entsprechende Innentemperatur (T _R ) bekannt ist, ausgewählt (im folgenden die "Bezugs-PPT" genannt, und als t _R bezeichnet), und sämtliche Bezugs- PPT's werden dann durch sämtliche PPT's geteilt, um eine Vielzahl von "PPT-Verhältnissen" t _R /t _T zu erhalten. Diese Verhältnisse sind z. B. in Tabelle 1 ermittelt worden und dort aufgeführt worden, unter Verwendung des 10 µsec PPT's, das gemessen 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 (T _U ) gemessen wird, wobei dieses PPT als t _T und t _U bezeichnet wird, und die Bezugs-PPT (t _R ) dadurch geteilt wird, um die t _TU zu normieren und diese normierte PPT über das Verhältnis in Fig. 4 mit der tatsächlichen Innentemperatur des Reifenmaterials zu korrelieren. Falls z. B. ein überprüftes 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 µsecs ergibt und die vorher ausgewählte Bezugs-PPT von 10 µsecs durch 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 Schritten, wie sie der in Fig. 5 gezeigte Radialreifenabschnitt 30 besitzt, ist im wesentlichen das Gleiche wie bei Gegenständen mit nur einer Schicht als Bezugsprobe 16. In diesem Fall führt jedoch jede Schichtgrenze zu einem getrennten Rücklaufecho zum Empfangsgerät 20, wodurch eine Vielzahl von Verhältnissen zwischen PPT und Innentemperaturen entstehen (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 Rücklaufultraschallimpulssignale dar, wie sie auf dem Bildschirm des Oscilloscops 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, sind die PPT's für vier Gürtel aus den nachfolgenden Punkten der Maximalamplitude ersichtlich, die bei etwas 24,5, 26, 27,5 und 30 µsecs nach dem Durchlassen des Ultraschallimpulses aufgetreten sind. In Fig. 9, wo sämtliche Innenschichten der Bezugsprobe 30 tatsächlich bei 52°C gemessen worden sind, sind gleichermaßen PPT's für vier Gürtel zu sehen, die bei etwa 26,5, 28, 29,5 und 32,5 µsecs 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 Verfahren zerstörungsfrei ist und, wenn überhaupt, minimale Störung bei jeglichen 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 Reifen in tatsächlichem Betrieb und zusätzlich bei jeglichen Herstellungsbereichen angewendet werden kann. 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.

Claims (12)

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Innentemperatur von Gegenständen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit durch Messen der Laufzeit akustischer Impulse, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
Feststellen der Innentemperatur eines Bezugobjektes oder dessen repräsentativen Teiles bei einer Vielzahl von Innentemperaturen (T);
nichtinvasives erstes Messen einer Vielzahl von Impulslaufzeiten (t _T ), die ein elektroakustisches Frequenzimpulssignal zur Fortpflanzung durch das Bezugsobjekt oder dessen repräsentativen Teil bei der genannten Vielzahl von Innentemperaturen (T) braucht;
Aufstellen eines Verhältnisses zwischen der festgestellten Vielzahl von Innentemperaturen (T) und der Vielzahl von Impulslauf- bzw. Impulsfortpflanzungszeiten (t _T );
nichtinvasives zweites Messen der Impulslaufzeiten (t _TU ), die ein elektroakustisches Frequenzimpulssignal zur Fortpflanzung durch den Gegenstand braucht, der bei einer unbekannten Innentemperatur (T _U ) zu überwachen ist;
und
Feststellen der unbekannten Innentemperatur (T _U ), wobei die Stufe zum Feststellen der unbekannten Innentemperatur (T _U ) die Stufe der Korrelierung der gemessenen Impulslaufzeit (t _TU ) 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 nichtinvasive erste und zweite Messung der Impulslaufzeiten (t _T ) bzw. Impulslaufzeiten (t _TU ) extern am Gegenstand während seines Betriebszustandes durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Messung der Impulslaufzeiten (t _T ) und des zweiten Messens der Impulslaufzeit (t _TU ) die Innentemperaturbestimmung beeinflussungsfrei von jeglichen Messwandlern durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstellung des Verhältnisses von (T) und (t-) unabhängig von den Ausmaßen des Gegenstandes durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innentemperatur (T) und ihre zugehörige Impulslaufzeit (t _T ) als Bezug ausgewählt und entsprechend als T _R und als t _R bezeichnet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Herstellung eines von den Ausmaßen des Gegenstandes unabhängigen Verhältnisses umfaßt, daß die Vielzahl der Impulslaufzeiten (t _T ) gegen die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t _R ) normiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Normalisierung der Vielzahl von Impulslaufzeiten (t _T ) umfaßt, daß eine Vielzahl von Impulslaufzeitverhältnissen dadurch ermittelt wird, daß die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t _R ) durch jede Vielzahl der Impulslaufzeiten (t _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 _R /t _T ) aufgestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Feststellens der unbekannten Innentemperatur (T _U ) weiter umfaßt, daß die Impulslaufzeit (t _TU ) gegen die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t _R ) normiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Normierung der Impulslaufzeit (t _TU ) umfaßt, daß ein Impulslauf- bzw. Impulsfortpflanzungsverhältnis dadurch ermittelt wird, daß die ausgewählte Bezugsimpulslaufzeit (t _R ) durch die Impulslaufzeit (t _TU ) dividiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Feststellens der unbekannten Innentemperatur (T _U ) weiter umfaßt, daß das Impulslaufverhältnis (t _R /t _TU ) mit dem Verhältnis zwischen der festgestellten Vielzahl von Innentemperaturen (T) und der festgestellten Vielzahl von Impulslaufzeitverhältnissen (t _R /t _T ) korreliert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Messens der Impulslaufzeit (t _T ) umfaßt, daß ein Ultraschallfrequenzimpulssignal erzeugt wird, und daß die Stufe des Messens der Impulslaufzeit (t _T ) die Stufe der Erzeugung eines Ultraschallfrequenzimpulssignals umfaßt.