DE2461128A1

DE2461128A1 - Verfahren zur pruefung der haftung zwischen gummi und einlagen bei luftreifen

Info

Publication number: DE2461128A1
Application number: DE19742461128
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Boutaine; Guy Courtois; Jean-Claude Tanguy
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-10
Also published as: NL7416768A; USB536082I5; AU7700874A; IT1043952B; JPS50117484A; FR2256046A1; SE7416271L; DK668474A; BE823561A; GB1489220A; FR2256046B1; ES433390A1; CH588694A5; SE405045B; ZA748172B; SU574171A3; NO744649L; US3997783A

Description

PATt£ NTANWAi-T

8 München 22, Thierschstr. 27 Telefon (089) 22 50 51

CP 502/1339 München, den 23. Dezember 1974

B ^103^3 Dr.M./cs

Commissariat ä 1»Energie Atomique in Paris/Frankreich

Verfahren zur Prüfung der Haftung zwischen Gummi und Einlagen bei Luftreifen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Haftung zwischen Gummi und Einlagen (Gewebe) bei Luftreifen, besonders schlauchlosen Reifen, und vor allem Reifen für die Fahrgestelle von Flugzeugen.

Man kann nachweisen, daß bei einem neuen Reifen der Gummi und das Gewebe (die Einlagen) im Inneren der Reifen vollkommen aneinander haften. Dagegen beobachtet man bei einem gebrauchten Reifen vor allem in den Zonen der maximalen Ermüdung eine örtliche und/oder Gesamtporosität des Gummis sowie Haftungsmängel zwischen Einlagen und Gummi.

Um die Gefahr eines Platzens des Reifens zu verringern, ist es daher wünschenswert, vor einer Runderneuerung des Reifens zu prüfen, ob Zonen der Ablösung zwischen Gummi und Einlage oder Bereiche erheblicher Porosität vorhanden sind.

Zu diesem Zweck wird gegenwärtig die Nadelmethode benutzt, wobei man in das Innere des Reifens mittels einer Nadel Druckluft injiziert und durch Messung der Dickenveränderung der Reifen eventuelle

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örtliche Ausbauchungen feststellt.

Diese bekannte Methode liefert jedoch nur Näherungswerte und ist infolgedessen praktisch nicht brauchbar»

Erfindungsgemäß soll ein Verfahren zur Prüfung der Haftung zwischen Gummi und Einlagen oder des Vorhandenseins von Bereichen erheblicher Porosität bei Luftreifen geschaffen werden, das in einfacher und genauer Weise sichere und gut auswertbare Ergebnisse liefert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in das Innere des Reifens in die Zone der das Gewebe bzw. die Einlage bildenden Schichten von Textilfasern ein Gamma-Strahlen aussendendes radioaktives Gas unter Druck injiziert, abwartet, daß dieses Gas im Inneren des Reifens diffundiert und sich an den Fehlerstellen ansammelt und die ausgesandte Strahlung in mindestens einem Bereich des Reifens mißt.

Das injizierte Gas wandert ziemlich rasch in das Gewebe und längs desselben, und zwar umso rascher, je stärker der Reifen gebraucht ist, und die Gasblasen, die sich in Fehlerbereichen bilden, sind mehrere Tage lang nachweisbar. Man nutzt die Tatsache aus, daß das unter Druck injizierte Gas nicht durch die öffnung austritt, wo es eingebracht wurde, wenn man die Injektionsnadel zurückzieht. Diese Tatsache war nicht vorhersehbar.

Zur Durchführung des Verfahrens kann man eine Apparatur benutzen, die im wesentlichen eine Injektionsvorrichtung für das Gamma-strahlende Gas und einen Detektor aufweist. Die Injektionsvorrichtung weist dabei eine Vorrichtung auf, um eine geeignete Mischung eines Gamma-strahlenden Gases und eines Inert-Gases herzustellen, wobei diese Vorrichtung mit einer Injektionsnadel verbunden ist. Der Detektor weist eine Szintillationssonde, ein Szintillometer, einen

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Zählgeschwindigkeitsmesser (Iktometer) und ein Registriergerät auf. Als Detektoren benutzt man szintillationssonden, Proportionalzähler, Geigerzähler, Ionisationskammern, Semikteure, photographische Emulsionen.

Man kann durch Verwendung dieser Vorrichtungen einerseits den Grad der Ermüdung von Reifen und andererseits durch das Vorhandensein von Zonen, wo sich das Tracer-Gas ansammelt, das Vorhandensein von mangelnder Haftung zwischen Gewebe und Gummi in den Einlagen feststellen«

Für einen Reifen, der keine örtlichen Fehler aufweist, ist das Verhältnis der Zählrate R^·™» gemessen an einem bezüglich des Injektionspunktes um 180° versetzten Punkt zu der Zählrate il^., die im Bereich des Injektionspunktes gemessen ist„ ein Maß der Gesamtporosität oder auch der Ermüdung des Reifens.

Es gilt also: -γ _n für einen neuen Reifen.

^{G K}MAX

V7enn die Ermüdung des Reifens ansteigt, wächst T_Q und erreicht schließlich den Grenzwert

einen"total" porösen Reifen.

Im Bereich eines Fehlers gilt als Maß für die Größe des Fehlers das Verhältnis: ~

Τ" — j3
D

wobei Rj₅ die wirkliche Zählrate im Bereich des Fehlers und R'_D die scheinbare Zählrate ist, die im gleichen Bereich bezüglich des Injektionspunktes bei einem Reifen von gleichem Typ mit einer gleich hohen Gesamtermüdung gemessen würde.

Die Kriterien der Annahme oder Ablehnung von Reifen bei der Prüfung

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können auf nicht zu überschreitende Höchstwerte von T_D un<?/oder gegründet werden.

Man kann so Kurven von ED/Rj^ aufzeichnen, um eine genaue Vorstellung der Ermüdung des Reifens insgesamt und gleichzeitig, wenn diese Kurven örtliche Maxima zeigen, des Vorhandenseins und der Größe punktueller Fehler zu erhalten.

Zu einer brauchbaren Durchführung des Verfahrens muß das verwendete Tracer-Gas die folgenden Eigenschaften aufweisen:

- die Energie der ausgesandten Gamma-Photonen darf nicht über 100 keV betragen;

- die Halbwertszeit des Radioelements muß ausreichen, um die Bereitstellung, injektion und den Nachweis unter guten Bedingungen zu ermöglichen, und darf nicht zu lang sein, um eine rasche Wiederverwendung der geprüften Reifen zu ermöglichen. Sie muß praktisch zwischen einigen Stunden und einigen Tagen liegen;

- die biologische Halbwertszeit des Radioelements muß auch möglichst gering sein, um die Gefahr der Kontaminierung der Manipulatoren zu begrenzen;

- chemisch muß das Tracer-Gas gegenüber den Bestandteilen des Reifens möglichst inert sein. Die beiden letztgenannten Bedingungen werden von den radioaktiven Edelgasen gut erfüllt.

in der Praxis können als Tracer-Gase Stickstoff und Edelgase benutzt werden, die mit Gasen wie

¹³³Xe T = 5,4 Tage Gamma~Stränier von 81 keV (37 %)

CH₃ Br T m 35,3 Std. Gamma-Stränier (zahlreiche Strahlen zwischen 554 und 1475 keV)

41_A τ β 1,43 Std. Gamma-Strahler von 1293 kev (99 %).

gemischt werden.

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Xenon wird, da es chemisch inert ist und aus dem Organismus rasch ausgeschieden wird, als Gas besonders empfohlen.

Der Injektionsdruck und die Injektionsdauer müssen ausreichen, daß das Tracer-Gas in genügender Menge biseum Meßpunkt diffundiert. Der Druck muß kleiner oder gleich.12 Bar sein und die Injektionsdauer in der Größenordnung von einigen Minuten liegen.

Der Detektor muß unabhängig von seiner Art mit Hilfe eines Kollimators aus schwerem Metall, wie Blei, Wolfram oder abgereichertem Uran, sorgfältig kollimatiert und in möglichst inniger Berührung mit der zu untersuchenden Oberfläche sein, um die Empfindlichkeit der Messung hinsichtlich Kontrast und Definition zu verbessern.

Wenn die Prüfung an der Außenfläche des Reifens erfolgt_p kann man vorteilhafterwaise eine Innenabschirmung anordnen, die sich der Innenform des Reifens möglichst genau anpaßt oder auch in Berührung mit dieser ist, um die Empfindlichkeit der Messung zu verbessern und die gegenseitige Beeinflussung der Seitenwände zu verhindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens, wobei.auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Hierin zeigen:

- Fig. 1a und 1b Teilschnitte eines schlauchlosen Reifens für

Plugzeugräderj

- Fig. 2 schematisch eine Injektionsvorrichtung für radioaktives

Gas;

- Fig. 3 schematisch einen Detektor für radioaktives Gas; .

- Fig. 4 in Polarkoordinaten Kurven der Veränderung der relativen

Zählrate RD/Rj^, die bei mehr oder weniger gebrauchten

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Reifen gemessen werden· Diese Zählraten liefern die Verteilung der Tracer-Gase,

- Fig. 5 Kurven entsprechend Pig. 4, die an einem einzigen Reifen

durch Messung an vier Umfangslinien . in den in Fig, 2 angegebenen Zonen A, B, C, D nach gleichzeitigen Injektionen an auf einem gleichen Querschnitt in den Zonen A und D gelegenen Punkten ermittelt wurden.

- Fig. β Kurven» welche die Zählrate bei i80° vom Injektionspunkt

während der injektion in Abhängigkeit von der Zeit für drei Reifen des gleichen Typs wiedergeben.

Der Reifenmantel, der in den Figuren 1a und 1b gezeigt ist, besteht aus einer Karkasse, die von mehreren Schichten 1 aus Seilen imprägnierter synthetischer Fasern gebildet ist. Diese Schichten oder Einlagen sind in den Gummi des Wulstes 2 eingebettet; und ihre Enden sind um im Wulst eingebettete Metallstangen 3 herumgelegt.

Die Außenfläche der Karkasse ist durch eine Gummischicht geschützt; und zwar in der Mitte des mondförmigen Querschnitts die Lauffläche 4» die sich auf beiden Seiten in den Seitenwänden 5 fortsetzt. Da der Reifen schlauchlos ist, ist anstelle des Schlauches eine dichte Auskleidung 6 aus Spezialgummi vorgesehen, die mit dem Mantel fest verbunden ist.

Die Auskleidung 6 ist jedoch nicht vollkommen undurchlässig. Die im Innenraura des Reifens unter Druck stehende Luft diffundiert und sam« melt sich in den die Karkasse bildenden Seilschichten./diese Restluft abzuführen, sind über den ganzen Umfang der Seitenwände bis in etwa eine Tiefe von 1/3 der Karkasse in der Nähe des Wulstes und in einem Abstand von etwa 75 mm voneinander Entlüftungsöffnungen 7 vorgesehen.

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Venn man bei einem solchen bereits benutzten Reifen Luft durch ein Bntlttftungsloch oder ein in der Nähe eines Entlüftungsloches liegendes Loch injiziert, tritt diese Luft durch das diametral gegenüberliegende Loch zwei oder drei Minuten später aus. Das zeigt, daß die Innenzone porös geworden ist und sich dort Luft oder jedes andere Gas ansammeln kann. ■ ·

Wenn die Lauf schicht abgenutzt ist, kann man sie aufarbeiten oder auch runderneuern, indem man sie abschleift und dann eine neue Kautschukschicht aufbringt und vulkanisiert, in der so aufgebrachten Gummischicht sind zwei Schichten von Kabeln aus synthetischen Pasern eingebettet. Diese schichten sind unabhängig von den anderen.

Aus Sicherheitsgründen müssen gebrauchte Reifen sorgfältig geprüft werden. Besonders sind die beiden Zonen 8, wo die maximale Verformung erfolgt, geschwächt und können eine Ablösung der Seile vom Gummi aufweisen. \!ewL dieser Fehler nicht gefunden wird, besteht die Gefahr, daß der Reifen nach der Runderneuerung beim ersten Start oder bei der Landung platzt.

Die in Fig. 2 gezeigte Injektionsvorrichtung weist eine Stickstoffflasche 10 auf, die mit einem Druckminderventil 12 ausgerüstet ist, das auf einen Druck von bis zu 12 bar eingestellt wird. Die besten Ergebnisse erhält man bei 8 bar. Das Druckminderventil ist durch einen elastischen Schlauch 13 und ein Ventil 14 mit einem Mischgerät 15 verbunden, das mit einem Manometer 16 ausgerüstet ist. Im Mischgerät 15, das durch das Ventil 17 und den elastischen Schlauch 18 mit einem Vorratsgefäß 19 für das Injektionsgas verbunden ist, befinden sich ein Stößel 20 und eine Ampulle 21, welche 3 cm³ von handelsüblichem Xenon 133 enthält. Das Vorratsgefäß 19 ist durch einen elastischen Schlauch 22 und das Ventil 23 mit einer Injekti-

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onsnadel 21 verbunden.

Der zu prüfende Reifen 24 wird senkrecht auf einem nicht gezeigten Gestell montiert und kann sich um sich selbst drehen, während der Detektor feststeht und dauernd auf den Reifen hingerichtet ist. Der in Fig. 3 gezeigte Detektor weist eine Szintillationssonde 25 vom Typ SGS 50 mit Aluminiumfenster auf, die mit einem thalliumdotierten Natriumjodidkristall ausgerüstet und mit einem Szintillometer 26 vom Typ SPP 3, das von der Firma Saphymo-STEL vertrieben wird, verbunden ist. Das Szintillometer selbst ist mit einem Zählgeschwindigkeitsmesser (iktometer) 27 und einem Registriergerät 30 verbunden.

Die Untersuchungen wurden durchgeführt

- entweder mit einer nackten Sonde

- oder mit einer Sonde, die mit einem zylindrischen Kollimator 28 aus Blei mit einer Höhe von 100 mm und einer Dicke von 5 mm ausgerüstet war,

- oder mit einer Sonde, die mit dem gleichen Kollimator ausgerüstet war, wobei außerdem in den Innenraum des Reifens eine Innenabschirmung bestehend aus einem der Form des Reifens angepaßten Bleiblech 29 von 3 mm Dicke eingesetzt war.

Die Prüfung erfolgte in den in Fig. 2 mit A,B,C,D bezeichneten KTanzbereichen, wobei die Sonde jeweils senkrecht zur Oberfläche des Reifens gehalten wurde.

Diese Apparatur arbeitet wie folgt:

Zu Beginn jeder Prüfung ist das Ventil 14 geschlossen. Das Mischgerät 15 und der Vorratsbehälter 19 befinden sich bei Atmosphärendruck. Man schließt die Ventile 17 und 23 und bringt den Stößel 20 in seine Ausgangslage. Man setzt die Xenon-Ampulle 21 in das Mischgerät

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ein und schließt dieses wieder. Dann öffnet man das Ventil 14. Durch den Druck des Stickstoffs wird der Stößel vorwärts getrieben und zerbricht die Ampulle, Man überzeugt sich, daß der Druck im Mischgerät 15 auf 8 bar steigt. Anschließend öffnet man das Ventil 17» wodurch der Stickstoff das Xenon in das Vorratsgefäß drückt. Man überzeugt sich, daß der Schlauch zwischen dem Mischgerät und Vorratsgefäß ein Gemisch von aktivem Gas enthält. Wenn der Druck wieder auf 8 bar gestiegen ist, schließt man die Ventile 17 und 14.

Man verfügt nun über einen Vorrat von 3 1 des Gasgemisches Stickstoff-Xenon 133, die man in bestimmter Menge durch die injektionsnadel 21 in den Reifen injiziert. Um die zur Prüfung des Reifens notwendigen verschiedenen Messungen durchzuführen, verschiebt man den Detektor längs einer nicht gezeigten Gleitschiene und dreht den Reifen in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene.

Durch diese Apparatur kann man einen schlauchlosen Reifen, der für ein Rad des Hauptfahrgestells eines 3- oder 4-strahligen zivilen Düsentransportflugzeugs bestimmt ist, mit einem Gasgemisch von Stickstoff und Xenon 133 mit 3 mCi pro Liter prüfen, wobei die VoIuraenaktivität bei 8 bar berechnet ist, was einer Volumenaktivität von 0,375 mCi pro Liter bei Normaldruck und Normaltemperatur entspricht. Das Gemisch wird dabei mit einem Druck von 8 bar 5 Minuten lang ; durch ein einziges Loch injiziert.

Die in Fig. 4 gezeigten Verteilungskurven der Zählraten in Polarkoordinaten wurden mit einer Sonde gemessen, die mit einem Kollimator ausgerüstet war, wobei die Reifen mit einer Innenabschirmung versehen waren und eine einzige Injektion am Punkt P erfolgte.

Die Kurve I wurde bei einem fehlerfreien wenig gebrauchten Reifen gemessen, die Kurve II bei einem fehlerfreien mittelmäßig gebrauch-

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ten Reifen und die Kurve IiX bei einem mittelmäßig gebrauchten Reifen mit Fehlern.

In Flg. 5 zeigt die Kurve A eine Spitze, vas auf das Vorhandensein eines Fehlers bei etwa 160° bezüglich des Einspritzpunktes P hinweist.

Die Injektion des radioaktiven Gases kann in einesoder mehrere Löcher, die in ein und demselben Querschnitt des Reifens liegen, vorgenommen werden. So kann man bei einem wenig gebrauchten Reifen, um genügend rasch ausreichende Zählraten zu erhalten, zwei Injektionen an den Seitenwänden des Reifens im Bereich der großen Ermüdung A und D vornehmen.

Wenn man während der Injektion eine kollimatierte Sonde an einen Punkt des Querschnitts bringt, der dem ersten auf der gleichen Seitenwand des Reifens diametral entgegengesetzt ist, erhält man Zählkurven von dem in Fig. 6 gezeigten Typ, worin N₁Q₀ in Abhängigkeit von der Zeit angegeben ist·

Diese Zählrate Ν©ς wird vorteilhafterweise an einem um 180° vom Injektionspunkt versetzten Punkt gemessen, um die größte Genauigkeit zu erhalten, jedoch ist das nicht unbedingt erforderlich, und man kann die Zählrate auch an einem beliebigen anderen Punkt messen.

Für neue oder sehr wenig gebrauchte Reifen findet man keinerlei Erhöhung der Zählrate, diese bleibt vielmehr gleich dem Rauschpegel (z.B. 15 bis 35 impuise/s für N₁₈₀ bei dem für die Prüfungen benutzten Material)y selbst wenn man den Druck 30 Minuten aufrechterhält. Das ergibt also die Kurve W.

Wenn man dagegen einen mittelmäßig gebrauchten Reifen (Kurve M) oder einen stark gebrauchten Reifen (Kurve T) prüft, beobachtet man ein

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signifikantes Ansteigen der Zählrate. N₁₈₀ kann 100 bis 200 Impulse/s 5 Minuten nach der Injektion erreichen, wenn man ein Gemisch von Stickstoff »-Xenon mit 3 mCi Xenon 133 pro Liter des Gemisches unter einem Druck von 8 bar, d.h. 0,375 mCi/l bei Normal temperatur und «druck, injiziert.

Bei Prüfungen von vier verschiedenen Typen von Plugzeugreifen, nämlich von neuen Reifen bis zu zehnmal runderneuerten Reifen, wurde gefunden, daß

a) bei neuen Reifen keinerlei Anstieg der Zählrate eintritt;

b) bei gebrauchten Reifen des gleichen Typs eine gute Korrelation zwischen den Kurven von N₁₈₀ besteht, d.h. der Anzahl von Impulsen pro Sekunde, die an einem um 180° vom Injektionspunkt verschobenen Punkt in Abhängigkeit von der Zeit t und dem Grad der Ermüdung (besonders der Zahl der Runderneuerungen mit einer normalen Gebrauchsnutzung zwischen jeder Runderneuerung), gemessen wurden;

c) für eine gegebene Population von Reifen (gleicher Hersteller, gleicher Runderneuerer, gleiche Zahl von Runderneuerungen♦ gleiche Nutzung) eine enge Korrelation zwischen dem Verlauf der Kurven, welche N.. g₀ in Abhängigkeit von t wiedergeben, und dem oben in der Beschreibung definierten Wert T_Q besteht. Man findet also, daß, wenn "tr_G für einen bestimmten Reifen dieser Population wesentlich größer als der Mittelwert T_G der Reifen dieser Population ist, die Kurve ^N18O ®*^v diesen Reifen deutlich steiler als die mittlere Kurve N₁₈₀ ist. Außerdem, und zwar ist dieses besonders wichtig, führt die Gegenwart eines erheblichen Fehlers im Reifen gleichzeitig zu einem den Mittelwert "f« übersteigenden Wert von t„ und zu einem steileren Anstieg der Kurve N₁₈₀ als Funktion von t.

Man kann also durch einfache Messung von N₁₈₀ nach eine* bestimm-

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ten 2eit t eine Qualitätskontrolle feststellten, die gleichzeitig
den allgemeinen Ermüduiujs zustand und das mögliche Vorhandensein örtlicher Fehler berücksichtigt. Ob solche Fehler erheblich sind, kann man durch einfachen Vergleich des Wertes N₁Q₀ mit den entsprechenden Werten von Reifen einer Population mit dem gleichen allgemeinen Ermüdungszustand feststellen«

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Claims

- 13 - ' _ Patentansprüche

1» Verfahren zur Prüfung der Haftung zwischen Gummi und Einlagen SO¹BTLe der Anwesenheit von Bereichen erheblicher Porositäten bei Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Innere des Reifens in den Bereich der die Einlage bildenden Schichten von Textilfaser?! unter Druck ein Gamma-Strahlen aussendendes radioaktives Gas injiziert, abwartet, daß dieses Gas im Inneren des Reifens diffundiert und sich in den fehlerhaften Bereichen ansammelt; und dann die ausgesandte Strahlung in mindestens einem Bereich des Reifens mißt.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radio-" aktive Gas durch Löcher injiziert wird, die sich in beliebigen Bereichen' der Reifenoberfläche befinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Gas durch nahe beim Wulst gelegene Entlüftungslöcher in-* jiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Gas durch ein oder mehrere in ein und demselben Querschnitt des Reifens gelegene Löcher injiziert wird und die Messung nach jeder Injektion erfolgt» indem man den Reifen in einer senkrechten Ebene um sich selbst drehen läßt, wobei der Detektor oder die Detektoren während der Drehung des Reifens dauernd auf ihn gerichtet sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich« net, daß als radioaktives Gas Xenon 133 Xe, Methylbromid CH₃ Br

ΔΛ

oder Argon ^A benutzt wird.

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6« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gas einige Minuten lang mit einem Druck von bis zu 12 bar injiziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6_t dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einem Druck von 8 bar injiziert wird.

8, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung unter Verwendung einer der innenjPorm des Reifens angepaßten AbschiMöung erfolgt.

9» Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch ein oder mehrere Löcher injiziert wird, die in
ein und demgleichen Querschnitt des Reifens liegen, und daß die
Messung gleichzeitig an einem Punkt des Querschnitts erfolgt, der dem ersten Querschnitt ungefähr entgegengesetzt ist.

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