CN111601722A - 包括电子单元的轮胎监测装置和包括所述装置的轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎监测装置，包括被包围在封装材料中的电子单元。封装材料形成具有上部分和下部分的单一主体。上部分包围并保护电子单元，下部分具有旨在将所述装置固定到轮胎的内表面的基部表面。

Description

包括电子单元的轮胎监测装置和包括所述装置的轮胎
技术领域
本发明涉及一种轮胎监测装置，所述轮胎监测装置包括要与轮胎相关联的电子单元。本发明还涉及一种包括监测装置的轮胎。本发明还涉及一种制造包括电子单元的轮胎监测装置的方法。
背景技术
对于某些类型的轮胎，尤其是那些要求高水平性能的轮胎，已经对监测装置进行了长时间的研究，所述监测装置在被放置在所述轮胎内时将具有检测轮胎的特征量以允许基本上实时地控制轮胎本身的操作和状态的任务。
这些监测装置将定期与车载可用仪器通信，使得可以将所有相关信息提供给驾驶员和/或车辆控制系统，例如，以便最佳地激活或调整警报系统和/或车辆动态控制、制动等等。
轮胎监测装置通常包括电子单元和固定装置。
电子单元包括至少一个传感器(例如，温度传感器、压力传感器、能够测量/识别轮胎在滚动期间经受的变形的传感器，例如加速计、应变仪等等)和传输系统，所述传输系统用于将由所述至少一个传感器检测到的数据发送到位于车辆上的接收单元。
当将电子单元布置在轮胎内部时，为了保护电子单元不受影响电子单元的不利条件的影响，可以使用封装材料(灌封)。将封装材料倒入覆盖电子单元的模具中，以覆盖构成电子单元的元件周围的空间。一旦硬化，封装材料便在电子单元的元件周围形成具有高弹性模量的保护块。这样，既保护了电子单元不受轮胎内部可能存在的污染剂(例如，粉末、生产过程中使用的化学试剂残留物等等)的影响，又保护电子单元免受应力的影响，所述电子单元因轮胎滚动而可能承受所述应力(例如，弯曲、剪切、压缩/牵引应力、冲击等等)。
固定装置具有保持结合到轮胎的电子单元的任务。特别地，为了能够识别和测量轮胎经受的变形并从所述变形估计一些参数(例如，胎印区域的长度、作用在轮胎上的负荷、角速度、轮胎与滚动表面之间的摩擦、轮胎磨损等等)，可以便利的是，将一个或多个监测装置紧固在轮胎的内表面上，例如紧固在与胎面相对的内表面的部分上。
固定装置的基本问题涉及以下事实：轮胎，特别是在胎印区域的入口和出口处经受机械应力，该机械应力引起固定装置的明显变形。另一方面，电子单元通常替代地是基本上刚性的主体。
(刚性)电子单元必须保持约束至轮胎(经受变形)的内表面这一事实对于固定装置而言是非常关键的方面：尽管固定装置被固定至轮胎的内表面并因此经受与轮胎相同的应力，但固定装置仍具有保持与基本上不可变形的物体(即，电子单元的壳体)的可靠且持久的结合的任务。
同一申请人名下的专利申请WO2006/103706、WO2007/000781、WO2007/121768、WO2010/043264、WO2013/098711、WO2013/098712、WO2015/019283、WO2015/019288描述了固定装置的一些示例。在文献WO99/41093、US7598877、US2009/0084480、US6782741、EP1268225、EP1501691、US5971046、US2006/0220816中描述了其他解决方案。
这些解决方案中的许多解决方案提供了将电子单元(其整个保护壳体都用刚性材料制成)布置或包围在由弹性体材料制成的固定装置中，以便接着通过粘合剂、通常通过结构粘合剂(例如，基于氰基丙烯酸酯材料的结构粘合剂)将其固定到轮胎的内表面。
发明内容
本申请人面临将电子单元永久地且持久地结合到轮胎的内表面、特别是结合在所述轮胎的胎冠区域中的问题。
本申请人已经证实，在将电子单元固定至用于非常高性能的轮胎的情况下，在以非常高的速度行驶期间(例如，高于250km/h-270km/h)，固定装置和/或轮胎的内表面可能会由于以下原因而损坏：
a)电子单元和固定装置之间的界面处的温度局部升高，特别是在电子单元被完全包围在固定装置内的情况下；和/或
b)轮胎内表面和/或固定装置的布置成通过粘合剂彼此接触的部分局部失效，由此导致所述表面撕裂；和/或
c)粘合失效。
因此，本申请人解决了以下问题：提供一种轮胎监测装置，该轮胎监测装置包括适于固定至轮胎的内表面的电子单元，即使在非常高的速度下(例如，高于250km/h-270km/h)，所述电子单元也能够承受由轮胎的滚动施加的应力。
本申请人已经发现，可以通过用封装材料制成单一主体来解决该问题，所述单一主体具有上部分和下部分，其中上部分包围并保护电子单元，下部分具有旨在使所述装置固定至轮胎的内表面的基部表面。
在第一方面中，本发明涉及一种轮胎监测装置，其包括至少部分地包围在封装材料中的电子单元。
该装置包括：
·下部分，该下部分具有旨在将所述装置固定至轮胎的内表面部分的基部表面；
·上部分，所述上部分布置在与所述基部表面相对的所述装置的相对侧上，所述上部分包围所述电子单元。
所述下部分的至少一部分和所述上部分的至少一部分由所述封装材料连续地形成。
所述上部分投影在所述下部分上的面积小于所述基部表面的面积。
在第二方面中，本发明涉及一种轮胎，该轮胎包括内表面和如上所述的包括包围在封装材料中的电子单元的监测装置。该监测装置借助于粘合剂层通过所述基部表面固定至轮胎的所述内表面。
在第三方面中，本发明涉及一种制造轮胎监测装置的方法，该轮胎监测装置包括包围在封装材料中的电子单元。
该装置可以通过模具制成，该模具包括：
·上部分；
·下部分，其连接到所述上部分并且相对于所述上部分加宽地延伸直至所述模具的打开/闭合端表面。
模具的上部分投影在下部分上的面积小于所述模具的所述打开/闭合端表面的面积。
该方法包括：
·将所述电子单元布置在所述模具的所述上部分中；
·用所述封装材料或用所述封装材料的前体基本上填充所述模具的至少一部分直至所述打开/闭合端表面，以将所述电子单元至少部分地结合到所述封装材料中并基本上填充所述模具的全部所述下部分；
·硬化所述封装材料以将所述电子单元至少部分地包围在所述封装材料中。
在上述方面中的一个或多个方面中，本发明可以包括以下优选方面中的一个或多个。
优选地，装置的下部分包括多个增强元件。所述增强元件可以包括织物或金属细丝或帘线，例如由以下织物材料中的一种或多种制成：芳族聚酰胺、人造丝、聚酯、尼龙、莱赛尔。表述“织物材料中的一种或多种”涵盖了针对在下部分中使用的所有织物细丝或帘线使用仅仅一种材料的情况，或者在下部分中的混合细丝或帘线中使用多种材料的情况(例如，一种材料的细丝或帘线与另一种材料的细丝或帘线交替使用)，或者在下部分中使用多种材料的混合细丝或帘线的情况(例如，包含两种不同材料的细丝的帘线)。长形增强元件也可以由金属细丝或帘线(可以是金属/织物混合帘线)制成或可以包括金属细丝或帘线，例如细钢丝。长形增强元件可优选地以介于30股/dm到500股/dm之间的密度布置在装置的下部分中。
优选地，增强元件与所述封装材料相关联或结合在所述封装材料中。可替代地或组合地，所述增强元件被结合在弹性体材料层中，该弹性体材料层联接(例如粘附和/或粘合)至所述封装材料。关于弹性体材料，对于本发明的目的而言不是特别关键，可以使用典型用于轮胎复合物中的材料来制备。典型地，弹性体材料包括用炭黑增强的橡胶(例如，二烯橡胶或丁基橡胶)。
在优选实施例中，该装置被固定至轮胎的内表面，使得长形增强元件中的至少一些基本上依照所述轮胎的圆周方向布置(即，在相对于圆周方向的约±25°的角度内)。这允许抵抗沿圆周方向传递到监测装置的应力，尤其是剪切应力，包含电子单元的装置的上部分每次在其通过胎印区域的入口和/或出口处时都会遭受该应力。
在一优选实施例中，长形增强元件根据方形机织织物，即，包括纬线和经线的织物布置。优选地，监测装置可以布置成使得长形增强元件的一部分基本上依照轮胎的圆周方向(即，在相对于圆周方向的约±25°的角度内)布置并且长形增强元件的一部分基本上依照轮胎的轴向方向布置(即，在相对于轴向方向的约±25°的角度内)。
在一优选实施例中，长形增强元件仅占据装置下部分的一部分(例如，中央部分或环形部分)。优选地，由增强元件占据的部分的面积可以居于由装置的上部分投影的面积与基部表面的面积之间。
在这种构造中，长形增强元件可以形成过渡层，该过渡层具有居于装置的上部分与下部分的最外部分之间的刚度。
在一替代构造中，长形增强元件从装置的下部分的几何中心开始依照基本上径向延伸方向布置在装置的所述下部分中。
优选地，装置的上部分和/或模具的内腔的上部分可以具有带有圆形或椭圆形(oval)基部的基本上棱柱形或圆柱形形状。可选地，装置的上部分可以包括刚性主体，该刚性主体包围电子单元的至少一部分和封装材料的至少一部分。例如，刚性主体可以由塑料材料和/或由树脂(例如，环氧树脂或聚氨酯树脂)和/或足够刚性的弹性体材料制成。
优选地，装置的下部分具有无拐角和/或曲率半径小的部分的外周。甚至更优选地，装置的下部分具有圆形或椭圆形形状。由于应力集中在拐角处或在任何情况下集中在曲率半径小的部分中，因此这允许减少基部中裂纹触发部的始发。也减少了局部脱离的触发点的始发。
一般而言，可以便利的是，为固定装置的下部分提供长形形状(例如，椭圆形、具有圆角的基本上矩形等等)。在这种情况下，将装置固定到轮胎的内表面使得长形形状基部的较大尺寸基本上依照所述轮胎的圆周方向布置(即，在相对于圆周方向的约±25°的角度内)可能是便利的。
优选地，装置的基部表面的面积等于由上部分投影到下部分上的面积的至少130％，优选地等于至少200％。优选地，装置的基部表面的面积至少等于约5cm2。优选地，装置的基部表面的面积小于约80cm2，更优选地小于约50cm2。
为了本发明的目的特别指出的封装材料是聚氨酯材料或聚脲。优选地，所述聚氨酯材料可以是基于聚醚的聚氨酯材料。
优选地，封装材料在100℃下的IRHD硬度大于约60，更优选地大于或等于约70。优选地，封装材料在100℃下的IRHD硬度小于约90，更优选地小于或等于约85。优选地，封装材料在23℃下的肖氏A硬度大于约70，更优选地小于约90。优选地，封装材料在100℃下具有至少约2MPa、更优选小于约10MPa的50％应变模量。优选地，封装材料在100℃下的拉伸强度为至少约4MPa。优选地，封装材料在100℃下具有至少约150％的极限拉伸应变。
优选地，封装材料具有至少约4MPa的动态弹性模量G'(在70℃、3％动态变形和1Hz频率下测量)。优选地，所述弹性动态模量G'不高于约20MPa。
在装置的下部分的最外部分中，封装材料的厚度可以小于约1.0mm。优选地，所述厚度可以大于约0.1mm。
整体而言，下部分可以优选地具有小于约5mm的最大厚度。在上部分下方的部分中，下部分可以具有优选大于约0.5mm的厚度。
优选地，下部分的封装材料通过一个或多个连接部分连接到上部分的封装材料，所述一个或多个连接部分的曲率半径不小于0.5mm，优选地不大于10mm。
优选地，装置的上部分的最小厚度可以不小于约5mm，更优选地不大于约20mm。总体而言，该装置的最大厚度(或高度)可以不大于约30mm，优选地不大于约25mm。
优选地，该装置的基部表面包括适用于粘合到轮胎的内表面部分的粘合剂层。所述粘合剂可以优选地是压敏粘合剂。
压敏粘合剂(PSA)的使用允许用极其简化的程序将装置固定到轮胎的内表面。实际上，PSA允许通过在装置的基部上执行的压力作用而粘合到轮胎的内表面，不需要特别长的时间或特别注意施加压力本身，或者在粘合期间不需要特殊的环境条件。同时，相对于包含或适合于包含电子单元的模块的表面增加的表面允许获得牢固且有效的粘合以抵抗由轮胎滚动施加的应力。
在优选实施例中，压敏粘合剂(PSA)可以是丙烯酸类粘合剂、有机硅粘合剂、丁基粘合剂、天然橡胶基粘合剂、嵌段共聚物基粘合剂。更特别地，压敏粘合剂(PSA)应该选择成使得其与轮胎内表面复合物(即，衬里或内衬的复合物)相容。由于基本上所有PSA都有基于弹性体聚合物的配方，因此该特征本身看起来似乎不是特别关键。此外，PSA应该能够确保在室温(即，约25℃)下具有强粘附性，并且在高温(即高达约100-160℃)下不会降解，和/或确保对剪切应力的高抵抗力，特别是对循环剪切应力的高抵抗力。本申请人已经证实，丙烯酸粘合剂尤其可以适合于这些目的。例如，可以使用PSA支撑式双面胶(由多层构成，包括在两个外面上的两层PSA以及由塑料和/或弹性体和/或膨胀材料制成的中央层)、转移粘合剂(即，由本体型(bulk)丙烯酸粘合剂构成的层或膜)和双面粘合剂丙烯酸泡沫(即，由本体型丙烯酸粘合剂构成的层或膜，至少在该层或膜本身的中央部分膨胀)。然而，本领域技术人员可以考虑上述规范来选择最便利的PSA。
可替代地或与压敏粘合剂的使用相组合，可以设置成，通过结构粘合剂实现粘合剂层。所述结构粘合剂可以例如是基于氰基丙烯酸酯的粘合剂、聚氨酯粘合剂、环氧粘合剂、丙烯酸粘合剂。这些粘合剂通过在要连结的表面之间聚合并可能通过在彼此结合的表面的界面处形成晶格而能够承受较大的应力，该应力大于制成表面的材料的极限拉伸强度。换句话说，当通过结构粘合剂将固定装置粘合到轮胎的内表面并且施加倾向于在粘合之后使固定装置与轮胎的内表面分离的应力时，粘合剂抵抗应力，直到撕开其中一个粘合表面，而不必替代地撕开由结构粘合剂形成的聚合层。为了将监测装置固定在轮胎的内表面上，这样的抵抗界面层的形成是非常有利的，这是因为该层在实践中用作真正的熔接，所述熔接能够有效地抵抗由于滚动而传递到轮胎的应力。
在特别优选的实施例中，可以通过粘附到封装材料上的双面粘合剂膜形成装置的基部表面，该双面粘合剂膜承载所述粘合剂层。所述双面粘合剂膜可以优选地布置成在硬化封装材料之前在模具自身的打开/闭合表面处闭合模具。
该装置优选地固定到轮胎的内表面的胎冠部分，即，固定到与所述轮胎的胎面相对的部分。
在优选的实施例中，可以便利的是，将指定用于固定根据本发明的方面的固定装置的轮胎的内表面的部分设置成使得其尽可能地干净，没有危害装置本身的粘附的物质，例如灰尘、污垢和/或轮胎硫化期间使用的脱模剂残留物。这可以例如通过用去污剂和/或溶剂清洁和/或通过机械作用和/或通过激光抛光来实现。在另一实施例中，在硫化上游，保护膜可以布置到生轮胎上的内表面的旨在粘合固定装置的部分处。该保护膜使轮胎的内表面的该部分基本上不受脱模剂的污染(或在任何情况下不受来自硫化过程的脏污或不需要的物质的污染)，然后在硫化过程的下游在粘合固定装置之前将其移除。该保护膜可以由作为抵抗硫化过程中典型的温度和压力的操作条件的材料制成，例如尼龙或聚酯。
规定在本说明书和权利要求书中使用的术语“下”和“上”不应以限制性的意义来解释，而是仅用于描述目的，以区分它们所指代对象的不同部分。
此外还规定，本说明书和权利要求书中使用的静态参数和动态参数应被认为是根据以下标准/方法在70℃下老化24小时、然后在使用前恢复到室温的样本上测量的：
·IRHD：国际标准ISO 48，“Rubber,vulcanized or thermoplastic-Determination of hardness between 10IRHD and 100IRHD”，第五版，2010年9月15日；
·肖氏A：国际标准ISO 7619-1，“Rubber,vulcanized or thermoplastic-Determination of indentation hardness-Part 1:Durometer method(Shorehardness)”，第二版，2010年10月1日；
·50％拉伸应变、极限拉伸应变、极限拉伸强度：国际标准ISO 37，“Rubber,vulcanized or thermoplastic-Determination of tensile stress-strainproperties”，第五版，2011年12月15日；
·弹性动态模量G'：使用TA Instruments出售的“Rheometric Ares”仪器在矩形条材料(尺寸为24mm×12mm×2mm)形式的样本上获得的测量值，所述矩形条材料在-40℃至+170℃的温度范围内以3％(从+3％到-3％)的变形宽度扭转，其中斜率为2℃/min。
为了本发明的目的，轮胎的“圆周方向”是指依据轮胎本身的滚动方向定向的方向。
为了本发明的目的，轮胎的“轴向方向”是指平行于轮胎的旋转轴线的方向。
附图说明
从纯粹通过非限制性示例方式提供的本发明的一些示例性实施例的以下详细描述中，本发明的进一步的特征和优点将变得明显。该描述将参照附图，其中：
图1示意性地示出了电子单元，所述电子单元包括至少一个用于监测轮胎的传感器；
图2示出了根据本发明的一实施例的轮胎监测装置；
图3是图2的监测装置的平面图；
图4示意性地示出了图2-3的监测装置沿截面A-A的截面；
图5示出了在其内表面上粘合有监测装置的轮胎。
具体实施方式
参照附图1-4，附图标记1整体上表示用于车辆车轮的轮胎监测装置。
监测装置1首先包括电子单元10，所述电子单元适合于检测轮胎的至少一特征量以及传输代表所测量的特征量的至少一对应参数。为此目的，电子单元10可以设置有至少一个传感器11，该传感器适用于检测所述至少一特征量，所述传感器与所述至少一参数的处理/传输系统12可操作地相关联。电子单元10还包括用于供应电子单元10本身的部件的供电装置13，例如电池。
该至少一个传感器11可以是例如温度传感器和/或压力传感器和/或能够测量轮胎在滚动期间经受的变形的传感器，例如应变仪或加速度计或能够检测位移的光学传感器、磁阻传感器、惯性传感器、陀螺仪等等。
可操作地连接到所述至少一个传感器11的处理/传输系统12设置成用于获取和处理由所述至少一个传感器检测到的数据。在处理的下游，处理/传输系统12设置成用于将要监测的量的参数或参数特征传输到轮胎外部。
处理/传输系统12优选地包括微处理器、天线和其他电路，需要所述处理器、天线和/或执行对来自至少一个传感器11的信号的处理和/或分析所需的其他电路，以使所述信号适用于从监测装置1到轮胎外部的接收器(例如，车载接收器)的数据传输。
在一个实施例中，由传感器11获得的数据可以至少部分地由系统12直接处理，所述系统有利地设置有合适的微处理器或集成电路(例如，ASIC类型的专用集成电路)。
因此，处理/传输系统12允许与外部接收器或装置进行通信，例如，与智能手机或车载可用的仪器进行通信。可以例如周期性地进行通信，使得可以将所有相关信息提供给驾驶员和/或车辆控制系统，和/或以便最佳地致动或调整警报和/或车辆动态控制、制动等等。
该通信可以是单向的(从电子单元10到外部接收器)，也可以是双向的。
监测装置1包括下部分30，该下部分具有旨在将装置1固定至轮胎的内表面的基部表面32。电子单元1被包围在监测装置1的上部分40中，该上部分布置在与基部表面32相对的相对侧处。优选地，监测装置1的上部分40具有带有圆形或椭圆形基部的基本上棱柱形形状(典型带有圆角)或圆柱形形状。在附图所示的优选实施例中，监测装置1的上部分40具有基本上圆柱形形状。为了将上部分40与下部分30区分开，可以将电子单元10的更靠近下部分30的表面作为参照。在附图所示的实施例中，该表面由电池13的下表面表示。
在上部分40中，电子单元10被包围在封装(或灌封)材料20中。特别指出用于本发明目的的封装材料是聚氨酯或聚脲。优选地，所述聚氨酯材料可以是弹性体聚氨酯材料，优选地是基于聚醚的弹性体聚氨酯材料。优选地，封装材料在100℃下的IRHD硬度大于约60，更优选地大于或等于约70。优选地，封装材料在100℃下的IRHD硬度小于约90，更优选地小于或等于约85。优选地，封装材料在23℃下的肖氏A硬度大于70，更优选地小于90。优选地，封装材料在100℃下具有至少约2MPa、更优选地小于约10MPa的50％应变模量。
优选地，封装材料在100℃下的极限拉伸强度为至少4MPa，和/或在100℃下的极限拉伸应变为至少150％。
优选地，封装材料具有至少约4MPa的动态弹性模量G'(在70℃、3％动态变形和1Hz频率下测量)。优选地，所述动态弹性模量G'不高于约20MPa。
适用于本发明目的的封装材料的示例可以从由BASF生产的
Figure BDA0002583617970000111
6065/114/A55弹性体聚氨酯家族获得。
更特别地，封装材料20(由图4中的点划线图案表示)环绕电子单元10的电池13、连接电路和集成电路的至少一部分。容纳主体41可以包围上部分40中的电子单元10和封装材料20的至少一部分。例如，容纳主体41可以由塑料材料和/或由树脂(例如，环氧树脂或聚氨酯树脂)制成和/或由足够刚性的弹性体材料制成。容纳主体41可以完全包围电子单元10，以使其不可及或不可替换。
便利地，可以设置成，封装材料20没有触及布置在电子单元10上方的容纳主体41内部的腔的某些部分42，以便留下可以与外部通过设置在容纳主体41中的孔流体连通的空气间隙。在监测装置1包括压力传感器和温度传感器的情况下这尤为便利。此外，一个或多个间隙42的存在可以减少由于封装材料20而引起的由电子单元10的处理/传输装置发射的电磁辐射的干扰和/或吸收现象的发生。从容纳主体41在内部突出的密封环41a防止封装材料20布置在旨在形成间隙的腔部分42中。在一优选实施例中，电子单元10的集成电路至少在密封环41a处被粘合到容纳主体41。另一突出部41b在施加封装材料20期间用作电子单元10的支撑件，并使电子单元在容纳主体41的内腔内部的位置保持稳定。在图中未示出的实施例中，上部分40仅由封装材料20形成，而没有容纳主体41。
整体而言，监测装置1的上部分40可以具有不小于约5mm的最小厚度(或总体高度)，以便具有足够的空间用于电子单元10、用于空气间隙部分42和用于足够量的封装材料20。
为了保持装置1的紧凑性和/或不过度抬升其重心，可以设置不大于约20mm的厚度(或总体高度)。
根据本发明的一重要方面，监测装置1的下部分30由封装材料20制成。换句话说，监测装置1的上部分40和下部分30由封装材料20连续地形成。更特别地，封装材料20从上部分40加宽以形成薄的下部分30，该下部分终止于基部表面32。如在图3和图4中可以看到，上部分40投影到下部分30上的面积小于基部表面32的面积。这样，可以实现将电子单元10稳定地固定到轮胎的稳定固定系统。可以通过布置在基部表面32上的粘合剂来进行这种固定，这将在下文进行详细描述。优选地，基部表面32的面积为由上部分40投影到下部分30上的面积的至少130％，更优选为至少200％，甚至更优选地至少等于300％。
整体而言，下部分30可以具有小于约5mm的最大厚度。下部分30可以由封装材料和由弹性体材料的一个或多个增强层和/或由一个或多个粘合剂层形成。在优选实施例中，下部分30仅由所述封装材料20和一个或多个粘合剂层制成。在下部分30的最外部分(即，不受上部分40的投影影响的部分)，封装材料的厚度可以小于约1.0mm。优选地，所述厚度可以大于约0.1mm。在上部分40下方的部分中，下部分30可以优选地具有大于约0.5mm的厚度。
连接部分21允许实现上部分40和下部分30之间的过渡。连接部分21优选地制成为合适的曲率半径，以降低上部分40从下部分30断裂和/或脱离的触发点出现的可能性。优选地，对于连接部分21，可以使用不小于约0.5mm的曲率半径。为了限制监测装置1的总体厚度(或总体高度)，可以设置不超过约10mm的曲率半径。在图中未示出的实施例中，可以提供不同厚度和/或曲率半径的连接部分，以实现上部分40和下部分30之间的过渡。
优选地，下部分30具有无拐角和/或曲率半径小的部分的外周。在附图所示的实施例中，下部分30具有圆形形状。可替代地，下部分30可以具有长形形状，例如椭圆形或具有圆角的基本上矩形等等。在图中未示出的一优选实施例中，下部分30包括在与基部表面32相对的表面上制成的多个切口。这些切口优选地布置成径向地偏离监测装置1的几何中心。有利地，切口允许局部减小下部分30的刚度，以便形成可以局部吸收在滚动期间从轮胎的内表面转移的应变和应力的铰接区域。在图中未示出的替代实施例中，下部分30可以至少部分地由彼此分开并且以基本上圆形或椭圆形配置并排布置的扇区和/或凸角形成。
在图2-3示意性示出的优选实施例中，下部分30包括多个长形增强元件31，例如由芳族聚酰胺和/或人造丝和/或聚酯和/或尼龙和/或莱赛尔制成的细丝或织物帘线。可替代地，长形增强元件31也可以由金属细丝或帘线(例如由钢制成)制成或包括金属细丝或帘线(例如由钢制成)。长形增强元件31可以结合到封装材料20内。可替代地，长形增强元件31可以布置在与封装材料20联接的附加层(例如，弹性体材料层)中。优选地，长形增强元件31布置成基本上彼此平行。在图中未示出的一实施例中，长形增强元件可以从下部分30的几何中心开始沿着径向延伸方向布置。在图中未示出的另一实施例中，长形增强元件可以依照方形机织织物布置，即形成包括纬纱和经纱的织物。
在图2-3所示的实施例中，长形增强元件31基本上在整个下部分30上延伸。在一替代实施例中，长形增强元件所占据的区域可以仅延伸下部分30的一部分，优选地最多占据上部分40投影在下部分30上的区域和基部表面32的区域之间的中间区域。在图中未示出的另一替代实施例中，下部分不包括长形增强元件。
为了将监测装置1粘合到轮胎的内表面上，下部分30的基部表面32涂覆有粘合剂。优选地，粘合剂是压敏粘合剂(PSA)。在优选实施例中，PSA可以是丙烯酸粘合剂、硅酮粘合剂、丁基粘合剂、天然橡胶基粘合剂、嵌段共聚物基粘合剂。可以使用支撑式双面PSA(由多层组成，包括位于两个外面上的两个PSA层以及塑料和/或弹性体和/或膨胀材料的中央层)，例如3MTM产品93430和3MTM产品4026；转移粘合剂(即，由本体型丙烯酸粘合剂构成的层或膜)，例如Nitto5025产品；双面粘合剂丙烯酸泡沫(即，由本体型丙烯酸粘合剂组构成的层或膜，至少在该层或膜本身的中央部分中膨胀)，例如3MTM产品5952。
优选地，PSA在下部分30的整个基部表面32上布置为层。有利地，PSA可以是粘附到封装材料的双面粘合剂膜，以形成下部分30的基部表面32。然后，为了保护PSA，可以布置可移除的膜，例如聚酯、聚乙烯或聚丙烯或覆盖有不粘层的纸膜。在将监测装置1粘合到轮胎的内表面上时，可以移除所述保护膜，以便在所选定的粘合部分中将PSA层暴露于轮胎的内表面。然后，通过抵靠轮胎的内表面在监测装置1上进行简单的压力作用来进行粘合，以便使PSA起作用并形成连接层。可替代地或与使用PSA相结合地，可以通过结构粘合剂来提供粘合剂层。这种结构粘合剂可以例如是基于氰基丙烯酸酯的粘合剂、聚氨酯粘合剂、环氧树脂粘合剂、丙烯酸粘合剂。
轮胎监测装置1可以通过具有腔的模具制造，该腔基本上与装置本身的最外形状相符并且以与装置本身的最外形状等同的方式成形。因此，模具包括上部分和下部分。下部分连接到上部分并且相对于上部分加宽地延伸，直至模具的打开/闭合端表面。模具的上部分在下部分上投影的面积小于模具的打开/闭合端表面的面积。
打开/闭合端表面可以是模具本身的一部分，或者可以由在所成形的装置1中在下部分中布置在基部表面32处的层中的一个层来实现。例如，可以由双面粘合剂膜形成模具的打开/闭合端表面。在另一个实施例中，模具的打开/闭合端表面可以由结合上述长形增强元件的弹性体材料层制成。在另一个实施例中，模具的打开/闭合端表面可以由相对于封装材料20不粘的不粘材料的层形成，所述不粘材料为例如聚烯烃，优选为聚丙烯或聚乙烯。这样，由此得到的装置的下部分30的基部表面32可以基本上不含污染材料，以便促进其粘合。
优选地，模具至少在其内表面的旨在与封装材料20接触的部分中由相对于封装材料20本身不粘的不粘材料制成。例如，这种不粘材料可以包括聚烯烃，优选聚丙烯或聚乙烯。可替代地，可以用相对于封装材料20无污染的防粘材料涂覆模具的内表面。
为了制造监测装置1，将电子单元10布置在模具的上部分中。如果设置有容纳主体41，则电子单元10至少部分地布置在容纳主体41本身内部，该容纳主体初始抵靠模具的上部分的内表面安放。可替代地，电子单元直接布置在模具内部。优选地，电子单元10被布置成使得其承载集成电路和传感器的部分位于与下部分相对的相对侧。电子单元10的电池13替代地朝向模具的下部分布置。
可选地，电池13的表面中的至少一个表面可以用底漆处理，以促进封装材料20粘附到电池本身。这样将电子单元10布置在模具的上部分内部，该模具基本上用典型为液态或半液态的封装材料20填充直至其打开/闭合端表面，直到填充基本上所有下部分为止。可替代地，模具可以由封装材料20的前体填充，所述前体在混合在一起时通过模具自身内部的化学反应形成封装材料20。在两种情况下，电子单元10至少部分地结合到封装材料20中。如果存在容纳主体41，则密封环41a防止封装材料20进入模具的上部分中，以便留下间隙部分42。
最后，闭合模具并使之经受热循环，以固化和/或稳定电子单元10周围的封装材料20并形成与上部分40结构上连续的监测装置1的下部分30。可以通过使模具处于或保持模具处于至少等于环境温度的温度下至少2分钟的时间来进行热循环，优选地使其处于或保持处于不超过150℃的温度下不超过10小时的时间。
例如，热循环可以包括在50-70℃的温度下持续3-20分钟的第一阶段。在第一阶段的下游，可以将装置从模具中取出，但不会受到损坏(当封装材料足够刚性/一致时)。然后，可以使其经受在70-100℃下持续12-36小时的另一热循环(不必在从模具中取出后立即执行)，以稳定封装材料的机械性能。
图5示意性地示出了固定至轮胎100的径向内表面100a的监测装置1。通过将监测装置的下部分粘合到轮胎100的内表面100a，监测装置1被固定至轮胎100的内表面100a。通过布置在监测装置1的基部表面上的粘合剂层进行粘合。
在图中所示的实施例中，监测装置1固定至内表面100a的与轮胎100的胎面相对的部分。更特别地，监测装置1固定到位于或横跨轮胎的赤道面的内表面部分上。
如果监测装置1的基部表面具有长形形状，则可以便利的是，将监测装置固定至轮胎100的内表面100a，使得该基部表面的较大尺寸基本上依照轮胎100的圆周方向布置。
如果监测装置1的下部分包括长形增强元件，则可以便利的是，将监测装置1固定到轮胎100的内表面100a，使得所述长形增强元件基本上依照轮胎100的圆周方向布置。
如果监测装置1的上部分具有长形形状，则可以便利的是，将监测装置1固定至轮胎100的内表面100a，使得上部分的较大尺寸基本上依照轮胎100的轴向方向延伸。
在优选实施例中，在固定监测装置1之前，为轮胎100的内表面100a的旨在用于粘合的部分清除可能危害装置的粘附的物质，例如灰尘、污垢和/或轮胎硫化期间使用的脱模剂残留物。这可以例如通过用去污剂和/或溶剂清洁和/或通过机械作用和/或通过激光抛光来实现。在另一个实施例中，可以在硫化之前在轮胎的内表面的旨在用于粘合监测装置的部分处在生轮胎上制备保护膜，例如尼龙或聚酯膜。保护膜使轮胎的内表面的该部分基本上不受硫化过程中使用的脱模剂的污染(或在任何情况下均不受脏污或不想要的物质的污染)，从而在硫化结束时保持粘附至成品轮胎。在粘合监测装置1之前，膜被移除以清洁地暴露轮胎100的内表面100a的一部分，以便粘合监测装置1。也可以便利的是，在轮胎100的内表面100a上使用底漆，例如以促进特别适用于在高温下使用的高内聚PSA的粘附。可以使用的底漆的示例是3MTM Primer 94。
在将装置1粘合到轮胎100的内表面100a之前，还可以例如利用溶剂和/或机械作用便利地清洁监测装置1的基部表面。
甚至对于监测装置1的基部表面而言，也可以便利的是，使用底漆，例如，使用与在轮胎100的内表面100a上使用的底漆相同的底漆。
在使用中，在轮胎100滚动期间，包含在监测装置1中的电子单元10设置成检测和发送所设想的数据。当监测装置1穿过胎印区域的入口和出口时，监测装置特别是在径向方向和圆周方向上经受非常相关的应力。由轮胎100的滚动引起的应力被传递到内表面100a，并且因此传递到监测装置1。具有较大面积的基部表面32的下部分30允许分散应力。而且，在不受任何解释理论的束缚下，本申请人认为，由封装材料20实现的监测装置的下部分30和上部分40之间的结构连续性允许耗散由应力传递的能量。以这种方式，有效地抵抗监测装置中裂纹和/或脱离部分的形成，以便维持监测装置1本身在轮胎100的内表面100a上的牢固约束。
示例
为获得23℃下肖氏A硬度为87的
Figure BDA0002583617970000181
6065/114/A55聚氨酯封装材料而配制的前体购自BASF。这些前体是：i)基于4,4'-间苯二亚苯基的二异氰酸酯的异氰酸酯组分；ii)多元醇组分，该多元醇组分还包含丁二醇作为扩链剂。
将两种前体在50℃下保持24小时，然后转移到机器的相应槽中，该机器适用于以100/100重量比混合这两种组分并将混合物倒入恒温模具中。
该设备除了包括用于封装材料的组分的这两个槽之外还包括：用于精确计量组分本身的泵；用于适当混合组分的混合头；用于将混合物倒入置于恒温转台上的模具中的喷嘴；以及用以清洗混合头和混合头本身下游的喷嘴的溶剂槽。
通过使每个槽在将每个槽连接到混合头的相应回路中进行再循环，使每个槽恒温在55℃下，并在减压(0.25-0.75bar)的条件下将内容物在恒定搅拌下保持24小时，以使其脱气，从而恒温地控制机器的这些部件。每种组分都在返回回路中被连续过滤。
为了验证由此得到的封装材料的静态和动态弹性特性以及评估从模具中取出装置但不会损坏装置之前要等待的适当成熟时间，通过将两种组分的混合物倒入恒温在55℃下的模具中来制备纯封装材料的样本，从而获得约100×50×2mm的板，所述模具为具有矩形基部的基本上棱柱形形状并且用覆盖有聚丙烯片材的盖闭合。在上述条件下，在3.5分钟后获得可萃取的材料，这样在100℃下熟化20分钟后，肖氏A硬度计在2mm热材料上的读数为78，使用该读数初步评估所获得的材料与所需特性的符合性。
该材料在70℃下老化24h后还具有以下特性：100℃下的IRHD＝80；100℃下的极限抗拉强度＝7.3MPa；100℃下的极限拉伸应变＝402％；100℃下的50％抗拉强度＝3.35MPa；G'(70℃，3％，1Hz)＝8.1MPa。
在装配线上，已经制备了一系列相同的集成电路样本，所述集成电路样本包括温度传感器和压力传感器。每个集成电路均已经焊接到电池，以便将电池放置在与集成电路本身的平面基本上平行的平面上。
在电池焊接操作之后，集成电路被设计为不具有通孔，以防止封装材料通过。
如此制成的每个电子单元都已被放置在由填充有玻璃纤维的尼龙制成的基本上圆柱形的容纳主体(注塑成型)中并通过沿着密封环和围绕定位在压力测量元件处的孔二者布置的环氧树脂粘合剂环而粘合至容纳主体。已经实现了每个电子单元与容纳主体的联接，使得电池与容纳主体基本上同轴。
通过用酒精清洁每个组件的电池，然后用刷子在电池上涂敷底漆的酒精溶液(LORD Chemosil X 1960-22)，来制备装置，以促进聚氨酯与金属的附接。然后将每个组件在炉子中在75℃下保持30分钟至60分钟，然后放入安装在转台上的恒温在55℃下的模具中。
模具被安装为在基部处具有与容纳主体相对应的较小截面的部分，使得组件的电池面朝上。
然后将每个模具置于计量机器的喷嘴下方，并且将封装材料的两种前体组分的混合物分配到每个模具中，以便填充电子单元的集成电路上方的部分。分配过量的封装材料，使得当模具闭合时，在材料仍为液体的同时，多余材料逸出，从而确保了模具本身的完全填充。将具有70mm直径的丙烯酸双面PSA 3MTM 93430胶带盘施加到模具闭合表面(通过双面胶)，使得一部分粘合剂与封装材料接触，而粘附在模具的盖上的相对粘合面由保护膜(硅酮纸)保护。在浇铸3.5分钟后，将装置从模具中取出，保持在55℃下。在除去多余的粘合剂和封装材料之后，由此获得成品装置，其中上部分的直径为25mm，下部分的直径为55mm；封装材料在下部分的外边缘处的厚度为0.5mm，在几何中心处为1.5mm。顶部和底部之间的连接半径为2.5mm。
然后将从模具中取出的装置在炉中在氮气流下于75℃下处理24小时，以减少可能的氧化现象的始发。
将这些装置中的四个固定在由本申请人生产的PZEROTM 305/30R20(103Y)轮胎中，其中在硫化之前已涂覆了尼龙膜的相应四个部分，以保持轮胎的胎冠部分下面的内表面区域清洁，该内表面区域旨在用于固定设备本身；将尼龙膜部分一个一个地移除，并且通过在施加前立即移除粘合剂保护膜以及接着将装置压在轮胎的内表面上以使PSA粘附，来将每个装置放置在受保护的内表面区域处，其中所施加的压力高于约0.5kg/cm2。执行该装置的施加以便尽可能地避免空气滞留。
在将装置施加到轮胎24小时后，将所述轮胎安装在轮辋上，并进行标准室内高速测试ECE 30Y(已批准用于Y标记)，该测试在负重轮上以逐渐提高的速度提供一系列的旋转。在以300km/h的步骤后，轮胎被移除并且检查装置的完整性；然后再次安装轮胎，并且根据该方法将其提高到350km/h。在测试结束时，轮胎被移除，经检查，装置仍在起作用并且基本上粘附。
同样，四个装置分别固定在本申请人生产的两个PZEROTM 305/30R20(103Y)轮胎和两个PZEROTM 245/35R20(91Y)轮胎内部。轮胎被安装在Porsche 911上，然后在赛道上进行一系列艰苦的处理圈数，其中速度高达260km/h；在测试结束时，轮胎严重磨损，经检查，装置仍在起作用并且基本上粘附。

Claims (25)

1.一种轮胎监测装置，包括被至少部分地包围在封装材料中的电子单元，所述轮胎监测装置包括：
-下部分，所述下部分具有旨在将所述轮胎监测装置固定到轮胎的内表面部分的基部表面；
-上部分，所述上部分布置在与所述基部表面相对的所述轮胎监测装置的相对侧上，所述上部分包围所述电子单元；
其中：
-所述下部分的至少一部分和所述上部分的至少一部分由所述封装材料连续地形成；
-所述上部分投影在所述下部分上的面积小于所述基部表面的面积。
2.根据权利要求1所述的轮胎监测装置，其中，所述下部分包括多个增强元件。
3.根据权利要求2所述的轮胎监测装置，其中，所述增强元件包括织物细丝或帘线或者金属细丝或帘线。
4.根据权利要求3所述的轮胎监测装置，其中，所述织物细丝或帘线由以下织物材料中的一种或多种制成：芳族聚酰胺、人造丝、聚酯、尼龙、莱赛尔。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述增强元件以介于30股/dm和500股/dm之间的密度布置在所述下部分中。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述增强元件与所述封装材料相关联或者所述增强元件结合在所述封装材料中。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述增强元件结合在联接至所述封装材料的弹性体材料层中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述上部分具有带有圆形或椭圆形基部的基本上棱柱形或圆柱形形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述下部分具有圆形或椭圆形形状。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述基部表面的所述面积等于由所述上部分投影到所述下部分上的面积的至少130％，优选地等于至少200％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述上部分包括刚性主体，所述刚性主体包围所述电子单元的至少一部分和所述封装材料的至少一部分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述封装材料是聚氨酯材料或聚脲。
13.根据权利要求12所述的轮胎监测装置，其中，所述聚氨酯材料是基于聚醚的聚氨酯材料。
14.根据权利要求13所述的轮胎监测装置，其中，所述封装材料在100℃下的IRHD硬度大于60，优选小于90。
15.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述封装材料在所述下部分的外部分中具有小于1.0mm、优选大于0.1mm的厚度。
16.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述下部分的所述封装材料通过曲率半径不小于0.5mm、优选不大于10mm的一个或多个连接部连接至所述上部分的所述封装材料。
17.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述下部分具有小于5mm的最大厚度。
18.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述上部分具有不小于5mm、优选不大于20mm的最小厚度。
19.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎监测装置，其中，所述基部表面包括适用于粘合到轮胎的所述内表面部分的粘合剂层。
20.根据权利要求19所述的轮胎监测装置，其中，所述粘合剂是压敏粘合剂或结构粘合剂或其组合。
21.根据权利要求19或20所述的轮胎监测装置，其中，所述基部表面由粘附至所述封装材料的双面粘合剂膜形成，从而承载所述粘合剂层。
22.一种轮胎(100)，包括内表面(100a)和根据前述权利要求中任一项所述的包括被包围在封装材料中的电子单元的轮胎监测装置，所述轮胎监测装置借助于粘合剂层通过所述基部表面固定至所述轮胎的所述内表面(100a)。
23.根据权利要求22所述的轮胎，其中，所述轮胎监测装置被固定到所述内表面(100a)的与所述轮胎(100)的胎面相对的部分。
24.一种通过模具制造轮胎监测装置的方法，所述轮胎监测装置包括被包围在封装材料中的电子单元，所述模具包括：
-上部分；
-下部分，所述下部分连接至所述上部分并且相对于所述上部分加宽地延伸直至所述模具的打开/闭合端表面，其中，所述上部分投影在所述下部分上的面积小于所述模具的所述打开/闭合端表面的面积；
其中，所述方法包括：
-将所述电子单元布置在所述模具的所述上部分中；
-用所述封装材料或用所述封装材料的前体基本上填充所述模具的至少一部分直至所述打开/闭合端表面，以将所述电子单元至少部分地结合到所述封装材料中并基本上填充所述模具的全部所述下部分；
-硬化所述封装材料，以将所述电子单元至少部分地包围在所述封装材料中。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：在硬化所述封装材料之前，布置双面粘合剂膜，以在所述打开/闭合端表面处闭合所述模具。
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