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1. GEBIET
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Messen von Reifenlaufflächen-Abnutzung. Spezifischer
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen
des Laufflächenprofils durch
elektrooptische Messungen, so dass die Laufflächenabnutzung quantifiziert
werden kann.
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2. HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Reifenlaufflächen werden
definiert durch eine Anzahl von Furchen oder Kanalschnitten in dem Umfangsteil
des Reifens. Die Profile sind Teile des Umfangs, die in Kontakt
mit der Straße
kommen.
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Reifenlaufflächen geben
Reifentraktion beim Umkurven und Stoppen. Reifenlaufflächen hingegen nutzen
beim Gebrauch ab. Gegebenenfalls verschleißen Laufflächen bis zu dem Punkt, wo deren Vermögen, Traktion
zu ergeben, beschädigt
wird und der Reifen ersetzt oder runderneuert werden muss.
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Da
sich Reifenabnutzung langsam vollzieht und der Betrag an Abnutzung
von Tag zu Tag oder von Woche zu Woche unvorhersehbar ist, ist häufiges Prüfen unnötig. Ohne
dass ein Reifen auf die Tiefe seiner Laufflächen zu einigen vernünftigen
Zeitabständen
geprüft
wird, kann ein exzessiv abgenutzter Reifen übersehen werden. Prüfen der
Reifenlaufflächentiefe
in Zeitabständen
kann vernünftige
Vorhersagen zulassen, wann man den Reifen ersetzen muss. Weiterhin
kann man eine solche Vorhersage nicht treffen und tatsächlich kann
man das Verschleißausmaß ohne eine
Messung schwierig quantifizieren.
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Viele
Staaten haben Anforderungen an den Zustand der Laufflächen eines
Reifens und fordern das Ersetzen des Reifens, wenn er exzessiv abgenutzt
wird. Fuhrparkmanager können
ihre eigenen internen Erfordernisse zum Ersatz von Reifen haben, die
abgenutzt sind, basierend auf der Profiltiefe oder nach einer vorgegebenen
Anzahl von Meilen. Einfache Maße
oder Schieber sind einfach, aber nicht genau genug. Genaue Messung
der Tiefe des Reifenprofils ist schwierig durchzuführen, ohne
den Reifen zu entfernen und die Tiefe mit speziellen elektrooptischen
Messvorrichtungen zu messen. Siehe zum Beispiel die Patente von
Sube et al. erteilt am 21. September 1993, US Nr. 5,245,867, Dory
et al., erteilt am 5. Oktober 1993, US Nr. 5,249,460 oder die japanischen
Patentzusammenfassungen PAJ Veröffentlichungs-Nr.
10288519 oder PAJ Veröffentlichungs-Nr. 09049719.
Um eine genaue Messung zu erhalten, wird der Reifen aufgehängt, so
dass es keinen Eingriff mit einer Oberfläche gibt. Die Vorrichtungen
sind teuer und erfordern einige Zeit und Mühe zum Prüfen der Tiefe des Profils eines
einzelnen Reifens. Hingegen verbleibt ein Bedarf nach genauer Messung
der Tiefe des Reifenprofils, die nicht die Nachteile des Stands
der Technik aufweist und, dass die Messung des Profils des Reifens
so ist, dass man die Profiltiefe quantifizieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß ihren
Hauptaspekten und kurz erwähnt
ist die folgende Erfindung ein Versuch zur Messung des Profits einer
Reifenlauffläche
wie in Anspruch 1 definiert. Ein Reifenprofil ist eine zweidimensionale
Auftragung des Abstands von jedem Punkt an einer festgelegten Referenzlinie,
die über den
Reifen von Seite zu Seite zum nächsten
Punkt in der Reifenoberfläche
verläuft.
Diese Auftragung wird Unterschiede in den Abständen zur Linie für die Profile
und die Kanäle
zeigen und daher die Menge an Verschleiß an den Laufflächen. Der
tragbare Tastkopf umfasst ein Gehäuse mit einem Schlitz, ausgebildet parallel
zu seiner Hauptachse, einen Handgriff, befestigt am proximalen Ende
des Gehäuses,
einen Bereichsauffinder, angebracht in dem Gehäuse, derart, dass er viel von
der Länge
des Rohrs überquert
beim Richten von Licht eines Lasers durch ein Fenster, das über dem
Schlitz angebracht ist, und einen Bügel, die nahe dem proximalen
Ende des Rohrs getragen ist, um es dem Anwender zu ermöglichen,
den Tastkopf in Position gegen den Reifen zu halten. Die Ausgabe der
Vorrichtung erfolgt über
einen Computeranschluss nahe dem Handgriff oder einen IR- oder RF-Überträger am Ende
des Handgriffs. Energie wird der Vorrichtung durch Batterien im
Handgriff geliefert.
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Die
vorliegende Erfindung ergibt auch ein Verfahren zur Messung eines
Reifenprofils wie definiert in Anspruch 11.
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Das
Gehäuse
des Tastkopfs wird gegen den Reifen platziert mit dem Schlitz und
seinem Fenster dem Profil zugewandt. Vorzugsweise hat das Gehäuse einen
konkaven gewölbten
Teil darin ausgebildet, um zwei Kanten des Gehäuses zu definieren, die als Lager
an jeder Seite des Fensters wirken können, das gegen den Reifen
zu lehnen hat. Wenn die Vorrichtung zur nahen Seite des Reifens
seitlich geschoben wird, bis sie den Reifen erfasst, wird die Vorrichtung
dann in Position stabilisiert, um eine Messung durchzuführen. Mit
dem so in Position gehaltenen Gehäuse wird die Referenzlinie
in Bezug auf den Reifen festgesetzt. Die Vorrichtung wird durch
Drücken eines „AN"-Knopfs aktiviert,
der den Bereichsfinder dazu veranlasst, den Abstand von dem Bereichsfinder
zum Reifen zu bestimmen, wenn der Bereichsfinder langsam die Länge des
Gehäuses überquert.
Die Abstandsdaten werden, ausgedrückt in x- und y-Koordinaten, über einen
Computer über
entweder den Computeranschluss oder das proximale Ende des Gehäuses oder
das IR- oder das RF-Fenster am Ende des Handgriffs überführt. Der
Computer kann den Abstand zur Lauffläche und zu Kanälen zwischen
Laufflächen
als Ausgabe anzeigen und so das Profil des Reifens anzeigen. Ein
Computer, der geeignet programmiert ist mit lokalen Laufflächenerfordernissen,
kann auch bestimmen, ob der Reifen akzeptabel ist oder nicht.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Einfachheit ihrer
Anwendung. Das Bügel- und
Wölbungsgehäuse macht
es leicht, gegen den Reifen so zu positionieren, dass es stabil
ist. Der Computeranschluss, der Datenübertragungen an einen Computer
trägt,
stellt die Ergebnisse schnell einem Anwender über jeden Computer zur Verfügung.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie
eine Profiltiefe als eine Reihe von einzelnen Abstandsmessungen
ergibt. Das Profil eines Reifens ergibt mehr Informationen als jede
einzelne Messung und ist ein verlässlicherer Indikator der Abnutzung
des Profils als eine Reihe von individuellen Messungen und schneller
zu erhalten.
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Das
IR- oder RF-Fenster in der Basis des Handgriffs ist ein weiteres
Merkmal der vorliegenden Erfindung. Das Fenster ermöglicht es,
die Verwendung eines Kabels zu vermeiden, wenn der vorliegende tragbare
Reifenprofiltiefenmesser betätigt wird.
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Andere
Merkmale und deren Vorteile werden Fachleuten der Messung der Profiltiefe
beim sorgfältigen
Lesen der detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungen,
begleitet durch die folgenden Zeichnungen, offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen
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ist 1 eine
Perspektivansicht des Tastkopfs gemäß einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung, platziert gegen einen Reifen;
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2 eine
Seitenquerschnittsansicht eines Details des Gehäuses des Tastkopfs von 1 und
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ist 3 eine
Ansicht einer Anzeige auf einem Computer am Tastkopf von 1 mit
einer Probenanzeige.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung ist ein tragbarer Tastkopf bzw. Sonde (im
folgenden Sonde genannt) zum Messen der Tiefe von Reifenprofilen.
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Reifenprofile
sind integrale, radiale Vorsprünge
im Umfang eines Fahrzeugreifens, getrennt durch schmale Lücken oder
Kanäle
voneinander. 1 veranschaulicht die vorliegende
Sonde, angezeigt durch Bezugszeichen 10 in Position für eine Messung
gegen einen Reifen 12 mit Profilen 14. Lücken 16 sind
zwischen den Profilen 14. Die Sonde bestimmt den Unterschied
im radialen Abstand zwischen dem Boden der Lücken 16 und den Spitzen der
Profile 14 und ob diese Differenz irgendwelche vorausgewählten Erfordernisse
erfüllt,
die durch den Anwender oder eine andere Autorität auferlegt sind.
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Sonde 10 umfasst
ein allgemein zylindrisches Gehäuse 20 mit
einem proximalen Ende 22 und einem distalen Ende 24.
Das Gehäuse 20 ist
aus einem leichtgewichtigen Rohr wie Aluminium, Stahl, Plastik wie
Nylon oder Kompositmaterialien gefertigt. Ein Handgriff 30 wird
an das proximale Ende 22 angepasst und ein AN-/AUS-Knopf 36.
Der Handgriff ist eine serielle Schnittstelle 32 zur Verbindung
an einen Kleincomputer 40 mit einer Anzeige 42 und
Reglern 44 über
ein Kabel 26. Computer 40 ist vorzugsweise von
der Größe eines
Palmtop-Computers,
wie jener, der unter der Marke PALMPILOT, CASSIOPEIA oder PSION
verkauft wird. Diese Typen von Computern können Daten in einem Speicher
empfangen und sie zur Anzeige und Speicherung in einer im Stand
der Technik wohlbekannten Weise bearbeiten. Gespeicherte Daten kann
man später
auf einen anderen Computer herunterladen, wenn gewünscht.
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Nahe
dem proximalen Ende 22 ist ein Bügel 50 zum Erfassen
der Seite von Reifen 12 zur Stabilität und zum Unterstützen der
Ausrichtung der Sonde 10, wie es vollständiger unten beschrieben werden wird.
Entlang der Hauptachse des Gehäuses 20 ist ein
Fenster 60 mit einem Rahmen 62 mit einem Schlitz 64 bedeckt
durch ein optisches Glas 66, um Staub und Schmutz aus dem
Gehäuse 20 herauszuhalten.
Die Länge
des Schlitzes 64 sollte genauso weit sein wie der breiteste
vorzusehende Reifen.
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Gehäuse 20 ist
hohl, weist eine konkave Bogenform entlang einer Seite bei 28 auf
und ist innen dimensioniert, um einen Auffinder des Abstandsbereichs 70 zu
beherbergen und eine Trägeranordnung 80 zum
Bewegen des Abstandsauffinders 70 entlang des Fensters 60 unter
Ermöglichen
von Abstandsfinder 70 den Abstand (Y-Koordinate) von ihm
zum Reifen 12 zu messen, wenn er entlang Gehäuse 20 (X-Koordinate) sich
bewegt, wenn Sonde 10 passend gegen Reifen 12 positioniert
ist. Der Bereichsauffinder 70 sendet Messdaten zum Computer 40 durch ein
internes Kabel 72 zur Berechnung und Anzeige von Ergebnissen
entweder durch serielle Schnittstelle 32 oder IR-(Infrarot-)
oder RF-(Radiofrequenz-)Übertragungsfenster 34 in
der Basis des Handgriffs 30. Durch Abstandsmessung zwischen der
Referenzlinie, welche definiert ist durch den Ort des Abstandsfinders 70,
wenn er Gehäuse 20 am nächsten Punkt
am Reifen 12 überquert,
kann das Reifenprofil entlang der Abrollseite von Seite zu Seite bestimmt
werden und durch Abziehen von der Referenz die Differenz des Abstands
zwischen den Spitzen der Profile 14 und dem Boden der Lücken 16. Der
Unterschied wird entweder ein vorgewähltes, im Computer 40 speicherbares
Kriterium erfüllen
oder nicht. Computer 40 kann programmiert werden, um lokale
Kriterien an die Abstandsmessung anzuwenden und daher ein „OK" oder ein „NICHT
OK" zu erzeugen.
zusammen mit Abstand 92 und dem Profil 94, wie
in 3 gezeigt.
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Beim
Betrieb wird Sonde 10 gegen den Reifen 12 gehalten
mit der Ebene des Fensters 60 parallel zur Tangente des
Reifens 12 und den zwei Kanten 52, 54 des
Gehäuses 20 gegen
die Oberfläche des
Reifens 12 und Bügel 50 gegen
die Seite des Reifens 12. Dieser „Drei-Punkt"-Kontakt erlaubt
es der Sonde 10, eine vollständige Sicht des Querschnitts
der Lauffläche 14 zu
haben und stabil für
die Messung zu sein. Stabilität
ist wichtig, um die Integrität
der Referenzlinie zum Reifen zu bewahren, die durch die Bewegung
des Bereichsfinders 70 definiert ist.
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Bereichsfinder 70,
welcher im Gehäuse 20 montiert
ist, kann den Abstand von einem Referenzpunkt messen und jedes opake
Objekt direkt vor ihm. Bereichsfinder 70 muss einen Betriebsbereich
nicht kleiner als 2,54 cm (ein Inch) vor ihm und nicht mehr als
5,08 cm (zwei Inch) von der Vorrichtung entfernt haben, das heißt, er muss
in der Lage sein, zum Messen des Abstands eines Gegenstands so nahe
wie 2,54 cm (ein Inch) und eines Abstands wie 5,08 cm (zwei Inch)
entfernt. Der Bereich erlaubt es dem Bereichsfinder 70,
durch die Dicke von Glas 64 zu wirken und noch genügend Bereich
zu haben, um den Boden einer Lücke
zwischen den Profilen von einem tiefen Lastwagenreifen zu haben.
Bereichsfinder 70 muss ein sehr enges Sichtfeld haben,
um es zu ermöglichen,
genau die Kante von Profilen 14 zu detektieren und keine
falschen Auslesungen zu erzeugen, die teils an der Spitze von Profilen 14 und
teils in Lücken 16 genommen
sind.
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Bereichsfinder 70 setzt
eine Diodenlaser-Lichtquelle 74 ein und zwei lineare Positionssensoren 76,
die angeordnet sind, um in der Lage zu sein, den Abstand zum Reifen 12 zu
messen, wenn Sonde 10 genau gegen Reifen 12 positioniert
wird. Lichtquelle 74 ist mit Optiken eingepasst, um einen eng
fokussierten Lichtfleck 1 am Reifen 12 zu erzeugen.
Licht wird zum Reifen 12 an einer Linie gerichtet, welche
parallel zu einem Reifenradiusvektor ist. Man fokussiert dann ein
Bild des Flecks am Reifen 12 am linearen Positionssensor 76.
Lineare Positionssensoren 76 erzeugen elektrische Signale
proportional zum Ort des Flecks an der Oberfläche des Sensors. Der Sensor
wird positioniert bei einem Winkel zum Laser, so dass der Ort des
fokussierten Flecks am Sensor daher als Laser-Triangulationsabstandsmessvorrichtung
wirkt.
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Die
Tiefe von Lücke 16 kann
groß im
Vergleich zur Breite sein. Die schmale Form der Lücke 16 kann
die Sicht auf einen einzelnen Linearpositionssensor versperren,
wenn der Laserfleck am Boden von Lücke 16 ist. Das Problem
ist am offensichtlichsten, wenn der Fleck in Lücke 16 fällt mit
der Kante von Profil 14 an der gleichen Seite wie die Positionssensoren.
Um die Messungen in Lücken 16 zu verbessern,
verwendet der vorliegende Bereichsfinder 70 zwei Positionssensoren 76.
Sensoren 76 sind bei komplementären Winkeln an jeder Seite
der Laserlichtquelle 74 angebracht. Das verbessert den Prozentanteil
der Breite des Bodens von Lücken 16, den
man messen kann.
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Um
einen vollständigen
Querschnitt des Reifens 12 zu messen, scannt Bereichsfinder 70 über die
Breite des Reifens 12, getragen durch die Trägeranordnung.
Bereichsfinder 70 ist auf einem linearen Lager 82 angebracht
und geführt
von einem Stab 84, der parallel zur Zentralachse des Gehäuses 20 angebracht
ist. Eine Riemenscheibe 86, 88 ist an jedem Ende
des Stabs 84 angebracht und motorgetrieben, ein Zahnriemen 90 ist
zwischen Riemenscheiben 86, 88 eingepasst. Man
verwendet den motorgetriebenen Riemen 90, um Bereichsfinder 70 über die
Länge des
Stabs 84 zu bewegen, während
man die Messung vornimmt. Der Motor ist nicht gezeigt, da dieser Typ
des Mechanismus ähnlich
jenem eines Druckerkopfträgers
ist, der Fachleuten bekannt ist. Siehe zum Beispiel US Patent Nr.
5,162,916. Batterien 98, um den Motor des Bereichsfinders
mit Energie zu versorgen, sind im Handgriff 30 angeordnet.
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Positionsfinder 70 entlang
des Stabs 84 kann gemessen werden durch einen Bewegungs-Transducer
(nicht gezeigt) oder verfolgt über
einen Schrittmotor (nicht gezeigt) am Riemen 90.
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Das
Laufflächenprofil
ist ein Datensatz, bestehend aus Punkten, die eine X-Koordinate enthalten,
welche die Position eines Bereichsfinders 70 am Führungsstab 84 ist
und eine Y-Koordinate, welche der Abstand vom Bereichsfinder 70 an
der Oberfläche
des Reifens 12 ist. Diese Koordinaten werden übertragen
zum Computer 40 mittels einer geeigneten konventionellen
Datenverbindung wie Kabel 72.
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Computer 40 kann
eine Auftragung von Datenpunkten erzeugen, um es dem Anwender zu
ermöglichen,
sicherzustellen, dass die Einheit korrekt funktioniert. Anzeige 42 zeigt
eine erste Auftragung 92 des tatsächlichen Abstands zum Reifen 12,
eine zweite Auftragung 94 zeigt dabei die Differenz beim Abstand
zwischen einem Referenzpunkt am Profil 14 und eine Anzeige,
ob die Profiltiefe ausreichend ist oder nicht gemäß einem
vorgewählten
Kriterium. Deutlich unterschiedliche Ausgaben können auch aus den empfangenen
Daten angezeigt werden wie durchschnittliche und mittlere Profiltiefe,
Minimum-Profiltiefe usw. Spezifische Kriterien wie definiert durch
lokale Autobahnbetreiber kann man anwenden, um zu bestimmen, ob
der Reifen passabel ist. Man kann die Messungen auch verwenden,
um vorherzusagen, wenn Reifenersetzen erforderlich wird oder die
Anzahl von Meilen zum Reifen Ersetzen basierend auf einem Vergleich
mit gespeicherten Daten über
einen speziellen Reifen oder Reifen im Allgemeinen.
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Beim
Gebrauch wird die Sonde 10 gegen die Rollseite eines Reifens 12 platziert
und gegen Reifen 12 so gedrückt, dass Bügel 50 an der Seite
von Reifen 12 eingreift und Fenster 60 parallel
zur Tangente von Reifen 12 ist, wo Kanten 52, 54 von
Sonde 10 auf den Reifen 12 treffen. Bereichsfinder 70 und
Trägeranordnung
werden aktiviert durch Drücken
des AN-/AUS-Knopfs 36. Lichtquelle 74 am Bereichsfinder 70 überträgt einen
Strahl von gut fokussiertem Licht auf Reifen 12 durch Fenster 60 und
Positionssensoren 76 anliegend zur Lichtquelle 74 am
Bereichsfinder 70 nehmen den Abstand vom Bereichsfinder 70 zum
Reifen 12 wahr. Die Daten, die diesen Abstand widerspiegeln,
werden durch Kabel 72 an Computer 40 übertragen,
wo die Daten analysiert werden und auf Anzeige 42 einem
Betreiber angezeigt werden.
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Es
wird Fachleuten der Messung der Profiltiefen offensichtlich sein,
dass viele Modifikationen und Ersetzungen der obigen Beschreibung
von bevorzugten Ausführungen
gemacht werden können, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie im anliegenden
Anspruch definiert.