CN102574430A - 高对比度轮胎花纹及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有可见表面的轮胎，该可见表面包括与所述表面形成对比的花纹，所述花纹在其整个表面上包括以每平方毫米至少五个凸块分布的多个凸块(21)或者彼此基本上平行并且以小于0.5毫米的间距设置的多个叶片(22)，每个凸块具有直径在0.03毫米和0.5毫米之间的平均横截面，或者每个叶片具有在0.03毫米和0.6毫米(更准确地说0.5毫米)之间的平均宽度，其特征在于，所述凸块(21)或者叶片的壁在其至少四分之一的表面上具有在5微米和30微米之间的平均粗糙度Rz。

Description

高对比度轮胎花纹及其生产方法
技术领域
本发明涉及具有高(强烈)对比标记的车辆轮胎的技术领域，并且涉及一种生产用于模制并硫化所述轮胎的模具的方法。
特别是，本发明是对公开文件WO 2007/045425的改进，该文件描述了特定类型的高对比标记。
背景技术
轮胎的表面包括大量标记，所述标记一方面用于提供关于轮胎质量的法律技术信息，另一方面用于允许使用者辨别产品的品牌和产地。
一般地，这些标记通过在轮胎的表面上设置凸起花纹获得并且对应于在模制表面上生产的凹入特征。通常，硫化模具由就表面光洁度而言具有非常好的外观的金属制成。然而，由此获得的光滑的黑色轮胎的外表面具有散射光的效果。
通过提供分布在整个花纹上的多个凸块(凸起或簇束)获得在上述公开文件中所描述的对比效果，每个凸块具有直径在0.03毫米和0.5毫米之间的平均横截面，其中凸块的高度至少等于0.1毫米，并且以每平方毫米至少五个凸块且优选每平方毫米15个凸块的密度分布在花纹的表面上。
应当注意，当代替凸块在花纹的整个表面上设置平均宽度在0.03毫米和0.5毫米之间的平行叶片(刀槽花纹)时获得了同样的对比效果，其中叶片的高度至少等于0.1毫米，这些叶片以最多0.5毫米的间距布置。
这些凸块或叶片的作用是通过吸收光来捕获花纹表面上的入射光，以赋予将生产的花纹以黑色哑光外观。
发明内容
本发明的目的在于提供上述凸块或叶片的特定表面光洁度，使得能够提高包括所述凸块或叶片的花纹的对比效果，并且提供一种能够生产出用于在硫化步骤期间形成包括所述花纹的轮胎的可见印痕的模具的方法。
因此，本发明涉及一种具有可见表面的轮胎，所述可见表面包括与所述表面形成对比的花纹，所述花纹在其整个表面上包括多个凸块或多个叶片，所述凸块以每平方毫米至少五个凸块的密度分布，所述叶片彼此平行且以小于0.5毫米的间距设置，每个凸块具有直径(d)在0.03毫米和0.5毫米之间的平均横截面，或者每个叶片具有在0.03毫米和0.5毫米之间的平均宽度(d)。
根据本发明，凸块或叶片应当在其表面的至少四分之一上具有在5微米和30微米之间的平均粗糙度Rz。
这是因为已经证实，当凸块或叶片的表面具有能够反射任意方向的光的不平或粗糙度时入射光通过在所述表面上的多次反射被捕获，因为与一般水平表面相比它们提供了多个入射角。这导致形成更暗淡的视觉印象，并且在轮胎上制造出花纹的情况下，更强烈或高密度的黑色与轮胎表面的其余部分形成更佳的对比。
当花纹的表面邻接光亮表面时对比甚至更强。
当凸块或叶片的表面的至少四分之一具有该粗糙度时，对比效果与具有较小粗糙度表面的凸块相比开始变得明显。
同样，如稍后看到的那样，可以通过增大具有该最小粗糙度的表面的比例或者通过朝向凸块或叶片的顶端或朝向其根部定位更粗糙表面来改变对比强度。
本发明还涉及一种生产用于模制并硫化根据本发明并且包括与表面形成更大对比的花纹的轮胎的金属模具的方法。
根据该方法，使用激光器生产花纹，该激光器产生具有足够能量的光束，以升华模具的组分金属，所述花纹在其整个表面上包括腔室或凹槽，所述腔室具有直径(d)在0.03毫米和0.5毫米之间的平均横截面并具有每平方毫米至少五个腔室的密度，所述凹槽彼此平行，并具有在0.03毫米和0.5毫米之间的给定平均宽度(d)且被小于0.5毫米的间距分开，所述腔室或凹槽具有至少0.1毫米的深度，通过以一个或更多个连续的扫描将发射自激光源的光束施加到模具的表面上，每次扫描在给定区域上并以给定深度对金属具有侵蚀作用。该方法的特征在于，在扫描期间，由光束导致的金属的熔化和升华具有将液态金属喷射到在先扫描期间获得的腔室的壁上并在其上冷凝金属蒸汽的作用(或效果)。
通过由激光源提供的能量导致的金属的几乎瞬时升温引起熔化，而且引起猛烈排气形式的金属升华，其具有在先前扫描期间所产生的腔室和凹槽的壁上溅射(飞溅)材料球粒的作用。在固化时，这些球粒形成表面不规则性，其特性精确地与用于模制形成本发明主题的凸块或叶片所要求的粗糙度对应。
来自金属升华的气体在腔室的壁上凝结并且增加了不规则性。
因此，重要的是，在非常短的时间内发生金属的熔化和升华，以便产生该“爆炸”现象。
此外，应当进行连续的扫描，以便允许溅射的液体和蒸汽在每次扫描之间在更冷的所述壁上固化或再凝固。
优选地，顺序地进行扫描，以便在每次扫描期间所侵蚀的表面的横截面大于在先前扫描期间所侵蚀的横截面。
作为一变型，顺序地进行扫描，以便在每次扫描期间所侵蚀的表面的横截面小于在先前扫描期间所侵蚀的横截面。
作为一变型，顺序地进行一些扫描，以便在一次扫描期间所侵蚀的表面的横截面大于在先前扫描期间所侵蚀的横截面，并且顺序地进行其他扫描，以便在一次扫描期间所侵蚀的表面的横截面小于在先前扫描期间所侵蚀的横截面。
优选地，通过将光束施加到金属表面上所产生的金属蒸汽被适宜的抽吸装置吸走。
附图说明
以下说明将得到图1至9的支持，其中：
-图1显示了包括凸块的花纹的表面的示意图；
-图2显示了包括叶片的花纹的表面的示意图；
-图3图解了计算表面的平均粗糙度的方法；
-图4显示了包括凸块的花纹的电子显微照片；
-图5显示了使用根据本发明的方法生产的腔室的上部的电子显微照片；
-图6显示了使用根据本发明的方法生产的腔室的下部的电子显微照片；以及
-图7、8和9显示了其中一个相对于另一个顺序地进行扫描以便获得相对强烈对比效果的方式的示意图。
具体实施方式
图1显示了轮胎部分1，其中的可见表面11具有花纹2。该花纹由多个凸块21组成，所述凸块21具有高度h，其平均横截面具有直径d。为了获得可察觉的对比效应，如公开文件WO 2006/009980中所阐述，凸块的平均横截面的直径d必须在0.03毫米和0.5毫米之间，并且凸块的密度必须大于每平方毫米五个凸块，并且优选大于每平方毫米十五个凸块。
优选地，高度h大于0.1毫米。在凸块与轮胎的表面11接触的根部和凸块的顶端之间测得凸块的高度。然而，应当注意，当凸块的高度与平均横截面的直径之间的h/d比率太小时，凸块的上部倾向于弯曲，这具有减小所需的对比效应的结果。因此，将选择在1.2和6之间且优选在2和4之间的h/d比率。
因为凸块的总体形状呈锥形，所以当从根部朝向顶端前进时，所述凸块的横截面减小。因此，术语“平均横截面”被理解为从凸块的根部到顶端以规律间距测得的横截面的平均值。
图2中所示的花纹2包括多个具有高度h和平均宽度d的叶片22。与上述内容类似，通过相应的尺寸获得所需的对比效果，即，至少0.1毫米的平均宽度d和密度，在此处通过间距p描述，所述间距p必须小于0.5毫米且优选小于0.2毫米。
出于与凸块相同的原因，h/d比率被设定为在1.2和6之间且优选为在2和4之间。
根据本发明，凸块或叶片的外表面、即位于凸块21或叶片22的根部和顶端之间的表面的至少四分之一应当具有由5微米和30微米之间的平均粗糙度Rz所限定的表面光洁度。
为了计算表面的平均粗糙度Rz，将给定长度的待评估表面(称为评估长度Ln)切分成n个相同长度的基本长度Lz，如图3中所示。确定每个基本长度上的各轮廓高度Rzi，该高度是基本长度Lzi内的表面轮廓的最大突起高度和最大凹陷高度之和。平均高度Rz是所讨论的所有基本长度上的各值Rzi的算术平均值(DIN 4768(1990)标准)并且通过以下公式来表示：
Rz = 1 n Σ i = 1 i = n Rz i
5微米和30微米的极限是利用实验方法确定的极限，下限值是这样的值，低于该值时认为凸块或叶片的表面变“光滑”，并且因此将反射入射光，从而入射光不再被捕获在由凸块形成的网状物中。
上限通过所示方式给出，并且考虑到凸块的尺寸，与用于在模制期间防止凸块被扯掉的可接受极限相对应。当凸块的平均横截面或者叶片的宽度增大时可以有利地获得该上限值，注意到，该值的增大具有减小每单位面积上的凸块密度的作用，并且因此减小了对比效果，该上限值对应于捕获光现象的最大效力。
图4是具有包括凸块21的花纹的轮胎表面的电子显微照片。可以看到，凸块210的根部具有高粗糙度，而上部211则较光滑。
也应注意，在该显微照片中，存在具有弯曲顶端的凸块，因为h/d比率接近于推荐的上限。
通过模制、通过提供用于该目的的硫化模具来获得包括多个凸块的花纹，其中在该硫化模具上，存在用来增加对比的花纹。
根据本发明的方法使用激光源，该激光源的功率足以使模具的组分金属液化和升华。为了举例，蚀刻激光器类型的具有50瓦功率的IPG品牌激光器通过脉冲成功地给出了本说明书的图4、5和6中出现的试验结果。100kHz量级的脉冲频率和功率能够被如此适用性更改，以便改变每个脉冲传输至模具表面的能量。
如上所述，从激光源发射的光束以连续扫描方式施加到模具表面上，每次扫描具有在一定区域和给定深度上侵蚀金属的作用。
在一次扫描期间，在足够短时间内给予金属每单位面积一定量的热能，以便金属通过光束的熔化和升华具有溅射液态金属和将金属蒸汽冷凝在先前扫描期间所获得的腔室的壁上的效应。
为此，改变光束的宽度和扫描速度。
因此，对于50瓦的激光器，光束宽度为大约70微米。然而，应注意，超过70％的能量集中在光束的中心部分，并且可以根据反射光学特性的调整将激光束引导至模具表面上的选定冲击点来优化该数值。结果，光束的有效面积基本上在0.001平方毫米和0.01平方毫米之间。
冲击的频率为100kHz，即，每10微秒一个脉冲。脉冲自身的持续时间可能甚至更短，其取决于脉冲激光器的类型，例如一般用于激光蚀刻或者切割工业中的激光器。
在每次扫描后所获得的腔室的深度的增加相对小并且保持在0.1毫米和0.20毫米之间，其与移除的金属量对应，因为基本上通过排空产生的蒸汽进行材料的移除。
因此，需要提供蒸汽抽吸装置，以便避免污染工作环境。
然而，抽吸的功率不应当设定为用于该类设备的可能最大能力，以便不通过强制通风抽出产生的所有蒸汽，其将具有减小所期望的金属蒸汽在腔室的壁上重新凝聚的现象的量级的作用。虽然，其不符合工业环境中强制的健康和安全标准，但是在紧邻冲击点附近没有局部强制通风的情况下进行试验仍然具有给定的令人满意的效果。
图5和6是用来模制凸块21的腔室3的电子显微照片。在图5中可以看到，靠近腔室的露出部分的所述腔室的壁310(用于模制凸块21的根部210)具有高粗糙度。图6和放大的插图显示了用于模制凸块的顶端220的腔室3的底部320的视图。在该区域内，腔室壁的表面光滑很多。这通过以下事实来解释，即最后生产出的腔室的那些部分更少暴露于球粒的溅射下和在前面连续的扫描期间产生的蒸汽的凝结的条件下，且因此不具有所要求的粗糙度。
因此，可得益于该现象，以便通过改变每次扫描侵蚀的表面的横截面来改变具有所需的粗糙度的区域在凸块或叶片的表面上的分布，如在图7、8和9中示意性地示出。
图7图解了这样的情况，其中在第一次扫描(A)过程中，在其最大的横截面上侵蚀出的花纹表面基本上对应于凸块的根部的横截面，这通过切口(白色)表示。在下次扫描(B)期间，在更小的横截面(亮灰色)上挖出腔室等等，因为最后一次扫描(E)在基本上对应于用来模制凸块的顶端的腔室的部分的最小横截面上进行。
图8对应于相反的情况，其中第一次扫描(A)在最小的横截面上进行，第二次扫描(B)涉及更大的横截面，由此在每次扫描时，腔室的横截面在其整个深度上增大。
图9显示了其中上述两种操作模式的组合的情况，从中等横截面的第一次扫描(A)开始。第二次扫描(B)和第三次扫描(C)以扩大先前扫描的横截面的方式进行，并且最后两次扫描(D和E)以在连续的更小横截面上移除材料的方式进行。
这些不同的操作模式的作用在一方面是改变具有期望值范围内的粗糙度的表面的优选区域，并且另一方面改变所述粗糙度的量值。
在图7所示的情况中，在根部区域中获得了显著的粗糙度。优选地，已经发现，该结构对应于最大的光捕获并且因此对应于最黑的黑色。优选地，还进行如此配置，以确保凸块的下部四分之一高度的表面具有所需的粗糙度。
在图8所示的情况中，获得了在凸块的整个表面上分布的中等或甚至很低的粗糙度。最后，在图9所示的情况中，获得了在凸块的整个表面上分布、但是在根部侧上更显著的粗糙度。
该操作模式适用于生产叶片并具有相同的效果。
虽然多次扫描的方法对获得期望效果似乎更优选，但是并非不合理地想到，从对于工业上适当成本来增加可获得的激光功率方面来考虑，并且从由于工业光学设备的发展光束的集中度的增大方面来考虑，在不远的将来可能以单次激光束扫描来生产出腔室。本发明的教导于是将按同样的方式应用。
最后，并且总之，已经证实，在凸块或叶片的根部存在高粗糙度对于当模制凸块时移除腔室中封闭的空气具有有益的效果。

Claims (8)

1.具有可见表面(11)的轮胎(1)，该可见表面包括与所述表面(11)形成对比的花纹(2)，所述花纹(2)在其整个表面上包括以每平方毫米至少五个凸块的密度分布的多个凸块(21)或者彼此基本上平行并且以小于0.5毫米的间距(p)设置的多个叶片(22)，每个凸块具有直径(d)在0.03毫米和0.5毫米之间的平均横截面，或者每个叶片具有在0.03毫米和0.5毫米之间的平均宽度(d)，其特征在于，所述凸块(21)或叶片(22)的壁在其至少四分之一的区域上具有在5微米和30微米之间的平均粗糙度Rz。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，具有所述粗糙度的凸块的壁位于所述凸块的高度的下部四分之一中。
3.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述凸块(21)或所述叶片(22)具有至少0.1毫米的平均高度。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述凸块(21)或所述叶片(22)具有从凸块或叶片的底部朝向凸块或叶片的端部减小的横截面。
5.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述凸块(21)或叶片(22)的高度(h)与所述凸块(21)的平均横截面的直径(d)的比率或者与所述叶片(22)的平均宽度(d)的比率在1.2和6之间。
6.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述凸块(21)或叶片(22)的高度(h)与所述凸块(21)的平均横截面的直径(d)的比率或者与所述叶片(22)的平均宽度(d)的比率在2和4之间。
7.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述凸块的密度小于每平方毫米15个凸块。
8.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述叶片的间距(p)小于0.2毫米。
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