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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Erkennen von Luftlecks
in Reifen und Reifenfertigungsmaschinen, und spezifischer das Erkennen kleiner
Luftlecks in einem auf einer Reifenrundlaufmaschine montierten Reifen
und des Leckens von Luft aus der Reifenrundlaufmaschine.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
der Technik der Herstellung von Luftreifen verursachen Kautschukfluss
in der Reifenform oder kleinere Unterschiede in den Abmessungen
der Gürtel,
Wülste,
Innenseelen, Laufflächen,
Lagen aus gummierten Korden usw. manchmal Unrundheiten in dem fertigen
Reifen. Unrundheiten von ausreichender Amplitude werden Kraftschwankungen
auf einer Oberfläche,
wie etwa einer Straße,
gegen die die Reifen rollen, verursachen, wodurch Vibration und
Lärm hervorgerufen
werden. Wenn solche Schwankungen eine akzeptable maximale Höhe überschreiten,
werden Fahrweise und Handling eines Kraftfahrzeugs, das solche Reifen
nutzt, ungünstig
beeinflusst.
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Reifenrundlaufmaschinen
werden angewendet, um die Qualität
des Reifenproduktionsprozesses zu überwachen, und können korrigierende
Maßnahmen,
wie etwa das Schleifen, lenken oder beinhalten, um Wucht und Rundlauf
eines Reifens zu verbessern. Im allgemeinen unterwirft eine Reifenrundlaufmaschine
(Tire Uniformity Machine, TUM) einen Reifen normalen Bedingungen
von Montage, Druckbeaufschlagung, Rotation und Belastung, während sie Messdaten
zu Schwankungen von Auslenkung, Kraft und Geschwindigkeit sammelt.
Eine Reifenrundlaufmaschine umfasst typischerweise eine Baugruppe zum
Rotieren eines Reifens gegen die Oberfläche eines rotierenden Lastrads.
In dieser Prüfanordnung wird
das Lastrad auf eine Weise bewegt, die von den durch den rotierenden
Reifen ausgeübten
Kräften abhängig ist,
und diese Kräfte
werden von geeignet plazierten Messgeräten gemessen. Wenn ein getesteter
Reifen weniger als akzptable Ergebnisse erbringt, können Schulter-
und/oder Mittelrippenschleifer verwendet werden, um eine kleine
Menge der Reifenlauffläche
an exakt dem Standort der von den Messgeräten aufgespürten Ungleichmäßigkeiten wegzunehmen.
In einer weiterentwickelten Reifenrundlaufmaschine werden die Messungen
in digitaler Form von einem Computer gespeichert und interpretiert,
und Gummi wird von der Reifenlauffläche unter Verwendung von durch
den Computer gesteuerten Schleifvorrichtungen weggenommen. Beispiele
von diese Verfahren anwendenden Maschinen sind in US-A-3,739,533;
3,946,527; 4,914,869 und 5,263,284 offenbart.
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Die
TUM sowie andere Reifenprüf-
und Fertigungsmaschinen erfordern, dass ein Reifen aufgezogen und
rasch auf einen gewünschten
Druck befüllt
wird. Beispielsweise wird bei einer TUM der zu testende Reifen montiert
und in etwa 1 bis 2 Sekunden auf den gewünschten Druck, typischerweise
um 2,07 bar (30 Pfund per Quadratzoll (psi)), befüllt. Die Füllgeschwindigkeit
ist ein wichtiger Faktor, da die Tests werksseitig durchgeführt werden.
Unvermeidlich haben die Reifen selbst manchmal kleine, sogar mikroskopische,
Luftlecks. In anderen Fällen
können die
TUMs oder andere Reifenfertigungsmaschinen selbst kleine Lecks in
den Füllkreisläufen haben.
Da die TUMs und andere solche Prüf-
und Fertigungsmaschinen an eine Hochdruck-Luftquelle angeschlossen sind, werden
Luftverlust, Löcher
von mikroskopischer Größe im Reifen
und/oder die Luftlecks im Füllkreislauf
der Maschinen nicht erkannt.
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Da
sowohl das Erkennen von Fehlern bei Reifen, bevor sie zum Kunden
geschickt werden, als auch die Eliminierung von Defekten der Reifenrundlaufmaschine
wichtig sind, um Geld zu sparen, besteht ein Bedarf an verbesserten
Verfahren zur Überwachung
von Luftverlust während
der Rundlaufmessung eines auf einer TUM oder anderen Reifenprüf- und Fertigungsmaschinen
montierten Reifens. Außerdem
ist es auch aus wirtschaftlichen Gründen wichtig, Luftlecks im
Füllkreislauf
der Maschinen aufzuspüren.
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US-B-4,221,121
offenbart einen Balgleck- und – Rissdetektor.
Der Balgleck- und -Rissdetektor setzt einen Niederpegel-Durchflusssensor
ein, um sowohl Balglecks als auch Risse zu erfassen. Falsche Versagenssignale
werden durch einen Doppelmoduslogikschaltkreis vermieden, der nur
während eines
vorgewählten
Teils des Aushärtezyklus
auf Balglecks oder Niederpegelversagen überwacht und zu anderen Zeiten
einen ununterbrochenen Durchfluss durch den Sensor für eine vorbestimmte
Zeit erfordert, um Balgrisse oder Hochpegelversagen anzudeuten.
In jedem der Fälle
wird ein Warnsignal erzeugt und kann der Zyklus unterbrochen werden,
um das Laden eines nächsten
Reifens in die Aushärtepresse
zu verhindern. Leckdurchflussdurchgänge können für sowohl obere als auch untere
Teile des Reifenformhohlraums vorgesehen werden, um die Erkennung
von Lecks sicherzustellen, und Entlüftungsdurchgänge mit
Sperrventilen sind vorgesehen, um eine Niederpegel-Leckerfassung
zu erleichtern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der Erkennung von Luftlecks,
wie in Anspruch 1 definiert.
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Das
Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Alarmsignals, das signalisiert,
zu überprüfen, ob
ein Sensorversagen vorliegt, wenn das Sensorsignal auf vollem Skalenwert
für eine
vorbestimmte Anzahl von auf der Prüfmaschine montierten Reifen
ist.
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Das
Verfahren umfasst weiter das Anhalten der Reifenprüfmaschine,
Markieren des Reifens und/oder Abführen des Reifens auf einem
Fertigungsabfallförderer,
jedesmal, wenn das Sensorsignal 20 % bis 80 % des vollen Skalenwerts
beträgt.
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Das
Verfahren umfasst weiter das Befüllen jedes
der Reifen mit einem Luftstrom von einem Füllsystem auf einen zweiten
Druck, um Reifenwülste des
Reifens auf Maschinenfelgen der Prüfmaschine festzusetzen und
Ablassen jedes der Reifen auf den ersten Druck, der einem Nenndruck
des Reifens entspricht.
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Das
Verfahren umfasst das Belasten jedes der Reifen durch ein Lastrad
der Reifenprüfmaschine und
Unterziehens jedes der Reifen normalen Bedingungen von Montage,
Befüllung,
Last und Drehgeschwindigkeit, während
Reifenrundlaufmessdaten gemessen und zusammengetragen werden.
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Das
Verfahren umfasst das Einstellen eines Druckregelsignals mit einem
Computer, entsprechend dem ersten Druck, auf den der Reifen befüllt wird;
Lenken des Druckregelsignals durch eine Signalleitung zu einem pneumatischen
Servoventil; Steuern eines pneumatischen Luftgebläses, das
in einer Luftleitung angeordnet ist, welche den Luftstrom zu jedem
der Reifen mit dem pneumatischen Servoventil befördert, sodass der Luftstrom
durch das pneumatische Luftgebläse
gesteuert wird, sodass der Druck in dem Reifen auf dem von dem Computer
eingestellten ersten Druck ist.
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Das
Verfahren des Messens des Durchflusses der fortgesetzten Zufuhr
von Luft beinhaltet die Messung eines Luftstroms von weniger als
28,3 SLPM (1 SCFM); und Befüllen
des Reifens mit einem Luftstrom von dem Füllsystem auf einen zweiten Druck
mit einem Luftstrom von bis zu 33960 SLPM (1200 SCFM).
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Das
System der vorliegenden Erfindung betrifft ein System zur Erkennung
von Luftlecks, wie in Anspruch 10 definiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
wird im Einzelnen auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung Bezug
genommen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungsfiguren
illustriert sind. Struktur, Funktionsweise und Vorteile der vorliegenden
bevorzugten Ausführung
der Erfindung werden weiter bei Betrachtung der folgenden Beschreibung
deutlich, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, worin
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1 eine
repräsentative
Ansicht eines Füllsystems
einer Reifenherstellungsmaschine in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
repräsentative
Ansicht einer Reifenrundlaufmaschine (TUM) mit einem darauf montierten
Reifen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Luftfüllsystem
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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4 einen
Luftdurchflusssensor in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung illustriert;
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5 ein
Kalibriersystem in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung illustriert; und
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6 einen
Querschnitt eines Endstöpsels mit
einem kleinen Loch in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Definitionen
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"Axial" bedeutet die Linien
oder Richtungen, die parallel zur Rotationsachse des Reifens verlaufen. "Axial einwärts" bedeutet in einer
axialen Richtung zur Äquatorebene
hin.
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"Axial auswärts" bedeutet in einer
axialen Richtung von der Äquatorebene
weg.
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"Wulst" oder "Wulstkern" bedeutet generell denjenigen
Teil des Reifens, der ein ringförmiges
Zugelement aus radial inneren Wülsten
umfasst, die dem Festhalten des Reifens an der Felge zugeordnet sind.
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"Längsgerichtet" oder "umfangsgerichtet" bedeutet meistens
kreisförmige
Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der
ringförmigen
Lauffläche
senkrecht zur axialen Richtung erstrecken; es kann auch auf die
Richtung der Sätze
nebeneinanderliegender kreisförmiger
Kurven verweisen, deren Radien die axiale Krümmung der Lauffläche, im
Querschnitt gesehen, definieren.
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"Zyklische Daten" bedeutet Daten,
die sich wiederholende Merkmale mit einer regelmäßigen periodischen Frequenz
oder Zeitintervall haben.
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"Äquatorebene" bedeutet die Ebene senkrecht zur Rotationsachse
des Reifens und durch die Mitte seiner Lauffläche verlaufend; oder die Ebene, welche
die längsgerichtete
Mittellinie der Lauffläche enthält.
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"Lateral" oder "seitlich" bedeutet eine Richtung,
die von einer Seitenwand des Reifens zur anderen Seitenwand des
Reifens verläuft,
generell quer über
die Lauffläche,
senkrecht zum Reifenumfang.
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"Radial" bedeutet Richtungen
radial hin zu oder weg von der Rotationsachse des Reifens.
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"Radialreifen" bedeutet einen mit
Gürteln versehenen
oder in Umfangsrichtung eingegrenzten Luftreifen, worin zumindest
eine Lage Korde aufweist, die sich von Wulst zu Wulst erstrecken
und in Kordwinkeln zwischen 65 Grad und 90 Grad in Bezug zur Äquatorebene
des Reifens verlegt sind.
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"Seitenwand" bedeutet denjenigen
Teil eines Reifens zwischen der Lauffläche und dem Wulst.
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"Tangential" bezieht sich auf
Segmente aus kreisförmigen
Kurven, die sich an einem Punkt kreuzen, durch den eine einzige
Linie gezogen werden kann, die gegenseitig tangential zu beiden
kreisförmigen
Segmenten ist.
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"Lauffläche" bedeutet den mit
dem Boden in Kontakt kommenden Teil eines Reifens.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, die nur zum Zweck der Illustration
einer bevorzugten Auführung
der Erfindung und nicht zum Zweck der Einschränkung der Erfindung dienen,
zeigt 1 die Reifenprüf-
oder Fertigungsausstattung 20 mit einem Präzisionsfüllkreislauf 22.
Solche Reifenprüfausstattung 20 beinhaltet,
ist jedoch nicht beschränkt
auf, eine Reifenrundlaufmaschine, eine Auswuchtmaschine und eine
weiße
Seitenwand-Schleifmaschine. Wie in 1 gezeigt,
beinhaltet die Reifenprüfausstattung 20 Reifenfelgen 24a, 24b zum
Aufziehen eines Reifens 26. Der Präzisionsfüllkreislauf 22 beinhaltet
ein Schaltventil 28, einen Präzisionsluftregler 30 und
einen Durchflusssensor 32. Eine Luftzufuhr (nicht dargestellt)
lenkt einen Luftstrom (durch einen Pfeil dargestellt) in eine Luftleitung 34.
Der Luftstrom passiert durch den Präzisionsfüllkreislauf 22 in
den Reifenhohlraum 36 des Reifens 26. Der Luftdurchflusssensor 32 weist
eine mit einem Computer 40 verbundene Ausgangsdatenleitung 38 auf.
Der Luftdurchflusssensor 32 kann die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft, die von der Luftzufuhr zu dem Reifen 26 fließt, messen
und ein Luftdurchflusssignal erzeugen, das durch die Datenleitung 38 zum
Computer 40 gelenkt wird. Das Luftdurchflusssignal kann
im Computer 40 mit gespeicherten Luftdurchflusssignalen, die
von zuvor gemessenen Reifen erzeugt wurden, verglichen werden, um
zu ermitteln, ob der Reifen ein Luftleck hat oder die Maschine selbst
leckt. Eine umfassendere Beschreibung dieses Systems 20,
wobei das System in eine Reifenrundlaufmaschine integriert ist,
folgt.
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2 zeigt
ein Schema einer konventionellen Reifenrundlaufmaschine (TUM) 110,
die in erster Linie zur Messung von Kräften, aber auch von Geschwindigkeiten
und Bewegungen genutzt wird, welche alle durch Reifenungleichförmigkeit
hervorgerufen werden. Ein Lastrad 112 legt eine Last auf
einen Reifen 114 (entsprechend dem Reifen 26 von 1) an,
der auf Reifenfelgen 116 (entsprechend Reifenfelgen 24a, 24b von 1)
montiert ist, die von einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) rotiert
werden. Ein oder mehrere Sensoren 120a, 120b,
die kollektiv als 120 bekannt sind, messen die von dem
Reifen 114 ausgeübten
lateralen, tangentialen und radialen Kräfte. Lateralkräfte treten
senkrecht zu der Ebene auf, worin der Reifen 114 rotiert.
Tangentialkräfte
wirken tangential auf den Umfang des Reifens. Radialkräfte wirken
parallel zu einem Radius des Reifens 114. Die Messungen
werden elektronisch von der Reifenrundlaufmaschine 110 vorgenommen
und dann in Kraftmessungen (oder Geschwindigkeit, Bewegung etc.)
umgewandelt. Die individuellen Rundlaufmessdatenpunkte werden im
Computer 122 gesammelt, wenn der auf der Felge 111 montierte
Reifen 114 durch 360 Grad (und darüber hinaus, für mehrfache
Rotationen) rotiert. Rundlaufmesssignale werden zur Analyse und
eventuell Speicherung vorzugsweise zum Computer 122 übertragen.
Die Reifenrundlaufmessungen sind ein Indikator der auf Rundlauf
bezogenen Reifenqualität
und können
verwendet werden, um den gemessenen Reifen auf Basis zuvor festgelegter
Qualitätskriterien
zu akzeptieren oder zurückzuweisen.
Optionsweise Schleifgeräte 124a, 124b,
die kollektiv als 124 bekannt sind, können in die Reifenrundlaufmaschine 110 integriert werden,
um den Rundlauf des Reifens 114 durch Schleifen, wie vom
Computer 122 bestimmt, der die Rundlaufmessungen nutzt,
zu korrigieren, wodurch seine Qualität verbessert wird.
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Wiederum
bezugnehmend auf 2 wird ein Reifen 114,
der auf der Reifenrundlaufmaschine 110 gemessen werden
muss, anfänglich
auf die Maschinenfelgen 116 montiert und mit einem Luftstrom durch
die Luftleitung 132 von einem Füllsystem 130 befüllt, wie
in 3 gezeigt. Das Füllsystem 130 hat eine
Eingangszufuhrleitung 134, die mit einer Zufuhr gefilterter,
sauberer, trockener Luft (nicht dargestellt) verbunden ist. Der
durch einen Pfeil angedeutete Luftstrom fließt in die Zufuhrleitung 134 und
durch ein pneumatisches Luftgebläse 136,
das den Luftstrom durch das System 130 mittels hiernach
beschriebener Mittel steuert.
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Als
nächstes
strömt
die Luft von dem Auslassende 136b des Luftgebläses 136 in
ein Schaltventil 138. Das Schaltventil 138 hat
ein Auslassende 138a, das den Luftstrom zu dem Reifen durch
die Leitung 132 lenkt, und ein Luftauslassende 138b,
um Luft aus dem getesteten Reifen abzulassen. Stromabwärts fortfahrend
setzt sich der Luftstrom von dem Schaltventil 138 fort
in einen Füllkreislauf 140,
der einen Drucktransducer 164, ein Druckbegrenzungsventil 166,
einen Niederdruckschalter 144, einen Höchstdrucksicherheitsschalter 146 und
eine Füllleitung 132 beinhaltet.
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Eine
Bedienperson stellt das Druckregelsignal mit dem Computer 152 (entspricht
Computer 122 in 2 und Computer 40 in 1)
entsprechend dem Prüfdruck
ein, auf den der Reifen 116 durch die Leitung 132 befüllt werden
wird. Der Computer 152 lenkt das Druckregelbefehlssignal,
das proportional zu dem Luftdruck in dem Reifen 116 ist,
durch die Signalleitung 158 zu dem pneumatischen Servoventil 160.
Effektiv stellt das an dem Computer 152 initiierte Befehlssignal
den Druck des pneumatischen Servoventils 160 ein. Das pneumatische
Servoventil 160 hat zwei Feedbackschleifen. Es gibt eine
externe Feedbackschleife durch eine Kreislaufleitung 162, die
mit einem Drucktransducer 164 in dem Füllkreislauf 140 an
der Stromabwärtsseite
des Schaltventils 138 verbunden ist. Der Drucktransducer 164 überwacht
den Druck am Auslassende 138a des Schaltventils 138.
Es ist anzumerken, dass ein Sicherheitsbegrenzungsventil 166 in
dem Reifenfüllkreis 140 gegenüber dem
Drucktransducer 164 vorgesehen ist, um den Kreislauf in
dem Fall, dass der Druck zu hoch ist, zu entlasten. Das pneumatische
Servoventil 160 umfasst auch eine interne Feedbackschleife
einschließlich
einer Leitung 168, die an einem Ende mit dem pneumatischen
Servoventil 160 und an dem anderen Ende mit der Regelöffnung des
pneumatischen Luftgebläses 136 verbunden
ist. Es ist anzumerken, dass die Luftzufuhrleitung 169 an
die Einlassseite des pneumatischen Gebläses 136 und an das
pneumatische Servoventil 160 angeschlossen ist, um dem pneumatischen
Gebläse 136 Steuerluft
zuzuführen. Das
pneumatische Servoventil 160 wirkt so, das es das pneumatische
Luftgebläse 136 steuert,
sodass der Luftstrom durch das pneumatische Luftgebläse 136 so
geregelt wird, dass der Druck in dem Reifen auf dem vom Computer 152 eingestellten
Prüfdruck ist.
Es ist anzumerken, dass der Drucktransducer 164 durch die
Leitung 162 ein Signal zum Computer 152 schickt.
Das Signal durch die Leitung 162 entspricht dem Druck in
dem Reifen zu der Zeit, sodass das pneumatische Servoventil 160 das
pneumatische Luftgebläse 136 einstellen
kann, um eine Präzisionsregelung
des Luftstroms von der Luftzufuhr in die Luftzufuhrleitung 134 und
schließlich
durch die Leitung 132 zu verschaffen, um den Reifen auf
dem gewählten
Prüfdruck
zu halten. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
einen Luftdurchflusssensor 170, der in einem in der Luftzufuhrleitung 134 stromaufwärts vom
Luftgebläse 136 angeordneten Verteiler 172 montiert
ist.
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Bezugnehmend
auf 4 ist dort der Luftdurchflusssensor 170 mit
einer Signalausgabeleitung 174 illustriert, die sich von
einem Ende erstreckt, und dem Sensorkopf 176 am anderen
Ende. Ein Beispiel für
ein geeignetes Sensorelement 176 ist ein Vent-Captor Typ
3205.30/5-Kompaktluftdurchflussmesser von Weber Sensors Inc. aus
Woodstock, Georgia/USA. Der Luftdurchflusssensor 170 hat
zwei keramische Sondenelemente 178, 180, die auf
dem Sensorelement 176 integriert sind und von diesem nach
außen
ragen. Eines der Sondenelemente misst die Temperatur der durch die
Luftzufuhrleitung 134 strömenden Luft, und das andere
Sondenelement misst die Temperaturänderung aufgrund von Wärmedissipation,
die als Ergebnis einer Veränderung
der Strömungsgeschwindigkeit
der sich durch die Luftzufuhrleitung 134 bewegenden Luft
aufgetreten ist.
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Vor
dem Montieren des Luftdurchflusssensors 170 in die Lufteinlassleitung 134 wird
der Sensor 170 vorzugsweise im Kalibriersystem 182 kalibriert, wie
in 5 gezeigt. Das Kalibriersystem 182 beinhaltet
einen Verteiler 184, der im Wesentlichen identisch zu dem
in 3 gezeigten Verteiler 172 ist. Der Verteiler 184 ist
durch eine Durchflussleitung 186 und ein Rohrreduzierfitting 188 mit
einem verstellbaren Druckregler 190 verbunden. Die Einlassöffnung 192 des
Luftreglers 190 ist mit einer Luftzufuhr (nicht dargestellt)
verbunden, wie etwa 6,9 bar (100 Pfund per Quadratzoll (psi)), durch
konventionelle Mittel, wie etwa durch ein Schnellabkuppelschlauchfitting
(nicht dargestellt). Das Auslassende 184b des Verteilers 184 ist
durch eine Luftleitung 197 mit einem Endstöpsel 194 verbunden,
durch den sich ein kleines Loch 196 erstreckt, wie in 6 gezeigt.
Das Sensorelement 170 ist in den Verteiler montiert und
darin durch eine Gewindemutter 198 verriegelt.
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Zum
Kalibrieren des Sensors 170 kann die Leitung 174 mit
einem Luftregler verbunden sein, der mit einem konventionellen Druckmesser
ausgerüstet ist,
der für
2,07 bar (30 psi) eingestellt und gesteuert werden kann. Zuerst
wird, vor dem Vorsehen des Durchflusses druckbeaufschlagter Luft
durch den Einlass 192, das Sensorelement 176 eingestellt,
ein Signal von beispielsweise 4 Milliampere abzugeben, was einer
Durchflussrate von null Metern pro Minute entspricht, durch die
Abgabeleitung 174. Dann wird die Luftzufuhr mit dem Luftregler
verbunden und die dem Fülldruck
des auf der in 2 gezeigten Reifenrundlaufmaschine 110 montierten
Reifens entsprechende druckbeaufschlagte Luft (d.h. 2,0 bar (30 psi))
wird in dem Lufteinlass 192 vorgesehen. Dann wird der Luftdurchfluss
eingeschaltet, wobei der Luftregler 190 auf den gewünschten
Fülldruck
des Reifens eingestellt ist, und man lässt die Luft für eine vorbestimmte
Zeitspanne, wie beispielsweise 3 Minuten, durch das Loch auslecken.
Dann wird der Sensor 170 für 50 % des vollen Skalenwerts
eingestellt. Der Luftdurchfluss wird wieder gestoppt, und nachdem
der Luftdurchfluss Null erreicht, wird das Abgabesignal des Sensors 170 überprüft, um festzustellen,
ob es dasselbe ist wie zuvor, d.h. 4 Milliampere. Dann wird der
Sensor 180 in den Verteiler 172 in der Einlassleitung 134 des
Füllsystems 130 montiert,
wie hierin zuvor erläutert.
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Im
Betrieb, bezugnehmend auf 2, wird der
Reifen 114 auf eine Maschinenfelge 116 der Reifenrundlaufmaschine 110 aufgezogen.
Dann wird der Reifen 114 mit einem Luftstrom von dem Füllsystem 130 von 3 durch
ein Einlassrohr 132 auf einen ersten Druck von etwa 3,10
bar (45 psi) befüllt,
um die Reifenwülste
des Reifens 114 auf den Maschinenfelgen 116 festzusetzen.
Dann wird der Luftdruck auf den Nennprüfdruck verringert, der typischerweise etwa
2,07 bar (30 psi) beträgt,
durch den Computer 122, 152, der das Signal zu
dem Servoventil 160 verändert,
nachdem der vom Drucktransducer 164 gemessene Druck einen
voreingestellten Wert erreicht hat. Dieser gesamte Füllprozess
dauert weniger als etwa 1,5 Sekunden. Sobald der Reifen 114 auf
den Prüfdruck
befüllt
ist, wird der Reifen von dem Lastrad 112 der Kraftänderungsmaschine 110 belastet.
wenn dies das erste Mal ist, dass der Reifen auf einer Kraftänderungsmaschine
geprüft
wird, so hat der Reifen eine Tendenz, sich etwas auszudehnen, was
erforderlich macht, dass das Füllsystem 130 mehr
Luft zuführt,
um den Reifen auf einem konstanten Druck zu halten. Auch gibt es,
aufgrund der zahlreichen Schläuche
und Drehkupplungen und Dichtungen an der Reifenrundlaufmaschine 110,
oft kleine Lecks, die an der Maschine vorliegen. Die kleinen Veränderungen
an der dem Reifen zugeführten
Luft aufgrund von Reifenausdehnung und/oder Maschinendefekten sind
schwierig von einem kleinen Leck in dem Reifen selbst zu unterscheiden.
Der in der Luftzufuhrleitung 134 zur Eingangsseite des
Luftgebläses 136 eingesetzte
Luftdurchflusssensor 170 ermöglicht das Messen des Luftdurchflusses
unter Verwendung des kalorischen Verbrauchsverfahrens, wie hierin
nachstehend beschrieben. Der Luftdurchflusssensor 170 ist in
die Luftzufuhrleitung 134 montiert, wobei Sondenelemente 178, 180 des
Sensorelements 176 in einer Position parallel zu und in
dem Luftdurchflussstrom angeordnet sind. Der Luftdurchflusssensor 170 arbeitet
auf dem Prinzip, dass beide Sondenelemente 178, 180 in
dem Luftstrom sind und eines leicht erhitzt wird. Beide Sonden 178, 180 haben
daran befestigte NTC-Widerstände,
und der Wert der Wärmemenge,
die über
die Sonden abgezogen wird, kann gemessen werden. Da das Luftvolumen
in dem Reifen 114 sich durch die Veränderung in Abmessungswerten
und das Messen der Kraftänderung
des Reifens etwas ändert,
wird Luft veranlasst, in einer Richtung über den Durchflusssensor 170 zu
strömen.
Daher wird der Luftdurchfluss vorzugsweise gemessen, wenn die Reifenrundlaufmaschine 110 einen
zweiten Satz von Messungen vornimmt, die sich auf Kraftänderung
nahe beim Abschluss des Maschinenzyklus beziehen. Es ist zu würdigen,
dass innerhalb derselben Reifengrößen eine kleine Schwankung
in den gemessenen Luftdurchflüssen
vorliegen wird, da jeder Reifen etwas unterschiedlich ist. Daher
werden die Messungen über
einen Satz von zehn oder mehr Reifen gemittelt, um einen Trend von
Werten zu entwickeln.
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Der
Sensor 170 gibt ein 4 bis 20 Milliampere-Ausgangssignal durch
die Leitung 174 an den Computer 122, 152 ab.
Die Daten können
mit in dem Computer 122, 152 gespeicherten Daten
verglichen werden, welche von zuvor gemessenen Reifen zusammengetragen
und gemittelt werden, um durch Reifenausdehnung und Maschinenlecks
verursachte Ergebnisse auszufiltern. Jedesmal, wenn eine Signalabgabe
auf den 50 % des vollen Skalenwerts ist, wie während der hierin vorangehend
beschriebenen Kalibrierung eingestellt, gibt es eine Anzeige eines Lecks
in dem Reifen ähnlich
dem 1,6 mm (1/16 Zoll) – Loch,
das bei der Kalibrierung des Sensors 170 verwendet wurde.
Selbst für
ein viel kleineres Loch in dem Reifen ist der Sensor in der Lage,
ein signifikantes Signal auszusenden, das der Computer analysieren
kann und die Bedienperson auf einen Defekt in dem Reifen aufmerksam
machen kann. Wenn beispielsweise der Signalausgang des Sensors 170 20 %
bis 80 % des vollen Skalenwerts beträgt, gibt es auch eine Anzeige
eines kleineren Lochs, im Fall von weniger als 50 % als desjenigen,
wofür ursprünglich kalibriert
wurde, oder eines größeren Lochs
im Fall von weniger als 50 % als desjenigen, wofür ursprünglich kalibriert wurde.
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Außerdem,
da die Daten von dem Datensammelcomputer 122, 152 gesammelt
und analysiert werden und die Sensoren 170 an derselben
Vorrichtung kalibriert worden sind, kann jedes abnormale Signal
für mehrere
Reifen übermäßige Maschinenluftlecks
andeuten, die dem Wartungspersonal durch Alarme oder andere konventionelle
Techniken signalisiert werden können.
Zusätzlich,
da die Daten von dem Datensammelcomputer 122, 152 gesammelt und
analysiert werden und die Sensoren 170 an derselben Vorrichtung
kalibriert worden sind, können
Signale, die zu regelmäßig oder
zu perfekt sind, einen schlecht funktionierenden Sensor andeuten,
der dem Wartungspersonal durch Alarme oder andere konventionelle
Techniken signalisiert werden kann. Weiter, basiert auf den vom
Datensammelcomputer 122, 152 gesammelten und analysierten
Daten, kann die Kraftänderungsmaschine
automatisch zur Wartung eingeplant werden.
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Beim
Erfassen eines Reifenlecks kann der Computer 152 die Reifenrundlaufmaschine 110 stoppen,
der Reifen kann mit einem speziellen Leck-Code markiert und auf
einen Fertigungsabfallförderer
abgeführt
werden.
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In
einem beispielhaften Verfahren des Erkennens von Luftlecks in Reifen 114 und
in einer Reifenprüfmaschine 20 wird
jeder der getesteten Reifen, typischerweise werksseitig, auf der
Reifenprüfmaschine
(einer Kraftänderungsmaschine)
montiert. Jeder der Reifen wird mit einem Luftstrom von dem Füllsystem 130 auf
einen ersten Druck, der dem normalen Fülldruck des Reifens entspricht,
befüllt.
Die Reifen werden durch fortgesetzte Zufuhr von Luft von dem Füllsystem
in den Reifen auf dem ersten Druck gehalten. Der Durchfluss der
fortgesetzten Zufuhr von Luft wird mit dem kalorimetrischen Durchflusssensor
gemessen, der kalibriert ist, um ein Sensorsignal abzugeben, das
einen vollen Skalenwert hat, entsprechend einem auf der Reifenprüfmaschine montierten
identischen Musterreifen, ohne Luftlecks in dem Musterreifen oder
der Prüfmaschine.
Der Durchfluss der fortgesetzten Zufuhr von Luft wird mit einem
gemittelten Durchfluss für
zuvor gemessene, auf der Reifenprüfmaschine montierte Reifen,
ohne Luftlecks in den Reifen oder der Prüfmaschine verglichen. Ein Steuersignal
wird abgegeben (typischerweise an einen Computer), das ein Luftleck
andeutet, wenn das Sensorsignal 20 % bis 80 % des vollen Skalenwerts
beträgt.
Der kalorimetrische Durchflusssensor wird zuvor kalibriert, wie
hierin vorangehend besprochen, sodass 50 % des vollen Skalenwerts
einem vorgewählten
dimensionierten Loch in dem Musterreifen entspricht, weniger als
50 % eine Indikation eines kleineren Lochs als das vorgewählte Loch
in dem Musterreifen ist und mehr als 50 % eine Indikation eines
größeren Lochs
als das vorgewählte Loch
in dem Musterreifen ist.
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Eine
Alarmsignalsignalisierung wird erzeugt, um die Wartung zu benachrichtigen,
zu überprüfen, ob
ein Sensorversagen vorliegt, wenn das Sensorsignal auf vollem Skalenwert
für eine
vorbestimmte Anzahl von auf der Prüfmaschine montierten Reifen
ist. Die Reifenprüfmaschine
kann angehalten, der Reifen markiert und/oder der Reifen kann auf
einen Fertigungsabfallförderer
(nicht dargestellt) abgeführt
werden, jedesmal, wenn das Sensorsignal 20 % bis 80 % des vollen
Skalenwerts beträgt.
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Jeder
der Reifen wird mit einem Luftstrom von dem Luftfüllsystem 130 auf
einen zweiten Druck befüllt,
um Reifenwülste
des Reifens auf Maschinenfelgen der Prüfmaschine festzusetzen, und
dann wird jeder der Reifen auf den ersten Druck abgelassen, der
einem Nenndruck des Reifens entspricht. Ein Druckregelsignal wird
mit dem Computer 152 eingestellt, entsprechend dem ersten
Druck, auf den der Reifen 114 befüllt wird. Das Druckregelsignal
wird durch die Signalleitung 158 zu dem pneumatischen Servoventil 160 gelenkt.
Das pneumatische Luftgebläse 136,
das in einer Luftleitung angeordnet ist, welche den Luftstrom zu
jedem der Reifen befördert, wird
mit dem pneumatischen Servoventil 160 gesteuert, sodass
der Luftstrom durch das pneumatische Luftgebläse gesteuert wird, sodass der
Druck in dem Reifen auf dem von dem Computer eingestellten ersten
Druck ist.
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Als
nächstes
wird jeder der Reifen von dem Lastrad 112 der Reifenprüfmaschine 110 belastet, und
die Reifen werden normalen Bedingungen von Montage, Befüllen, Last
und Rotationsgeschwindigkeit unterworfen, während Reifenrundlaufmessdaten gemessen
und gesammelt werden.