DE102005023914A1

DE102005023914A1 - Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102005023914A1
Application number: DE200510023914
Authority: DE
Inventors: Inna Komornik
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Offenbart wird eine Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten, welche jeweils einen außenseitigen Grundkörper und innenseitig jeweils eine profilierte Formfläche aus gesintertem Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formoberfläche durch das jeweilige Profilsegment nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen sind, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Mikrokanälen und Mikroporen besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zu einer Rückenfläche des Profilsegments erstrecken. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Reifenvulkanisierform dadurch aus, dass wenigstens 80% der Mikrokanäle senkrecht zur Formoberfläche ausgerichtet sind und sich von der Formoberfläche bis zur Rückfläche erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
In Reifenvulkanisierformen wird der auf den Reifenunterbau aufgebrachte Laufflächenstreifen aus Kautschukmaterial zu einem gewünschten Profil geformt und unter Wärmeeinwirkung zu Gummi vulkanisiert. Bei diesem Vorgang muss die zwischen Laufflächenstreifen und Formfläche vorhandene Luft abgeführt werden, um eine einwandfreie Ausformung des Reifenprofils zu gewährleisten.
Bekannte Reifenvulkanisierformen weisen hierfür einerseits in ihrer Formfläche mündende Entlüftungskanäle oder -bohrungen auf, welche andererseits direkt oder über weitere Entlüftungskanäle an einer Außenfläche der Form münden. Die Form besteht dabei üblicherweise aus mehreren umfangsmäßig zusammenfügbaren Profilsegmenten mit je einer Formfläche, die bei zusammengesetzten Profilsegmenten zusammen mit seitlichen Formwänden die Gesamtform bilden, aus der sich die äußere Kontur des Luftreifens ergibt.
Bei bekannten Profilsegmentsystemen werden die in der Formfläche der Profilsegmente mündenden Entlüftungskanäle durch gebohrte Ausnehmungen gebildet, in welche verschließbare Entlüftungsventile einsetzbar sind. Um eine ausreichende Entlüftung der Vulkanisierform,insbesondere auch in Nischen des Profils, zu gewährleisten, muss eine Vielzahl solcher Entlüftungskanäle, üblicherweise zwei- bis dreitausend, pro Vulkanisierform vorgesehen werden. Dies führt zu einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand für die Herstellung der Reifenvulkanisierform.
Ein weiterer Nachteil bekannter Profilsegmentsysteme besteht darin, dass beim Ausvulkanisieren des Fahrzeugluftreifens Kautschukmaterial in die Entlüftungskanäle gepresst bzw. gesogen werden kann. Die dadurch entstehenden Austriebe bleiben auf dem fertigen Fahrzeugluftreifen erhalten und müssen vor dessen Verwendung mit eigens dafür vorgesehenen Maschinen entfernt werden. Dieses sogenannte „Trimmen" führt zu einer Verlängerung und Verteuerung des Herstellungsprozesses des Fahrzeugluftreifens.

Aus der DE 43 41 683 A1 und der EP 0 868 955 A1 sind bereits gattungsgemäße Profilsegmente beschrieben, bei welchen zumindest die Formfläche aus einem gesinterten und porösen Material besteht. Material- und herstellungsbedingt weisen die Formflächen eine Vielzahl von Mikrokanälen und Mikroporen auf, welche miteinander in Verbindung stehen. Durch diese Mikrokanäle oder Mikroporen wird Luft abgeführt und formaußenseitig angeordneten zentralen Luftabfuhrkanälen größeren Durchmessers zugeführt. Diese Mikrokanäle oder Mikroporen weisen den Vorteil auf, dass kein Einsatz von Entlüftungsventilen bzw. das Ausführen von Entlüftungsausnehmungen nötig wird. Die in den genannten Dokumenten beschriebenen Materialien, insbesondere keramischen Werkstoffe, sind jedoch relativ teuer und lassen weniger gestalterische Möglichkeiten zu, als es mit üblichen metallischen Werkstoffen, insbesondere Stahl oder Aluminium möglich ist.

Die Abfuhr von Luft aus der Reifenvulkanisierform ist jedoch nur eines einer Reihe von Problemen, mit denen sich der Fachmann konfrontiert sieht. Ein weiteres Praxis relevantes Problem ist die wünschenswerte Reduzierung der Heizzeit, d. h. eine Verringerung der Vulkanisationszeit. Geheizt werden Reifenformen üblicherweise mit Wasserdampf als Heizmedium, das in einen formeninnenseitig angeordneten Heizbalg eingeleitet wird, bzw. das durch entsprechende Dampfkanäle in die Formsegmente eingeleitet wird. Seit langem ist es ein Ziel des Fachmanns, die Formsegmente möglichst schnell und kontrolliert auf Betriebstemperatur zu bringen, um hierdurch den gesamten Vulkanisationsprozess zeitlich zu optimieren.

Üblicherweise wurden bislang die Heizkanäle für den Wasserdampf in die Formsegmente gebohrt, gefräst oder durch Erodierverfahren in die Segmente eingebracht. Dies ist ein langwieriger und teurer Prozess, der sich nur bei entsprechenden Stückzahlen von mit der jeweiligen Form hergestellten Reifen wirtschaftlich rentiert.

Zudem weisen herkömmliche Formsegmente nur zwei oder drei Heizkanäle auf, die von Wasserdampf durchströmt werden, was dazu führt, dass sich das Formsegment zunächst ungleichmäßig erwärmt und es relativ lange dauert, bis eine gleichmäßige Erwärmung des Formsegmentes erreicht wird.

Für kleinere Stückzahlen, insbesondere im Prototypenberech, sind derartige Formen jedoch zu teuer.

Das Problem bereits bekannter Formen aus gesinterten Materialien besteht zudem darin, dass herstellungsbedingt die Poren ungleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind und sich die Porengröße nicht kontrolliert beeinflussen ließ. Oftmals konnte festgestellt werden, dass nach Fertigstellung des Sinterprozesses die Poren zusammengedrückt wurden und somit verloren gingen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Reifenvulkanisierform der eingangs genannten Art zu schaffen, welche schnell und preiswert herzustellen ist, durch welche eine Reduzierung der Heizzeit eines Fahrzeugluftreifens ermöglicht wird, und deren Poren eine definierte Größe und Ausrichtung aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit einer Reifenvulkanisierform gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß besteht eine Reifenvulkanisierform aus mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten, welche jeweils außenseitig aus einem Segmentgrundkörper und innenseitig jeweils eine profilierte Formfläche aus gesintertem Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formfläche durch das jeweilige Profilsegment nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl miteinander in Verbindung stehender Mikrokanäle und Mikroporen besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zur Rückenfläche des Profilsegments erstrecken, wobei sich die Reifenvulkanisierform erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass wenigstens 80% der Mikroporen ausgerichtet sind und sich von der Formfläche bis zur Rückenfläche erstrecken.

Die gestellte Aufgabe wird also auf überraschend einfache Art und Weise dadurch gelöst, dass hier eine gesinterte Form verwendet wird, deren Mikrokanäle oder Mikroporen eine definierte Ausrichtung aufweisen, so dass Kanäle gebildet werden, die sich annähernd geradlinig von der Formoberfläche bis zur Rückenfläche des Formsegments erstrecken.

Die Erfinderin hat sich seit langem mit der gestellten Aufgabe beschäftigt und außerhalb ihres Fachgebiets nach Lösungen gesucht, welche für die gestellte Aufgabe geeignet sein könnten. Dabei ist sie auf das sogenannte GASAR-Verfahren gestoßen, das bislang für völlig andere Anwendungsgebiete benutzt wurde. Beschrieben ist das GASAR-Verfahren u. a. auf der web-Seite http://www.msm.cam.ac.uk/mmc/people/dave/method2.htm1.

Bei dem GASAR-Verfahren wird ein Metall in einem Ofen geschmolzen, der in einem Druckbehälter angeordnet ist, in welchem sich Wasserstoff befindet. Die gasgesättigte Schmelze wird in einen weiteren stark gekühlten Behälter geleitet, durch welche eine Richtungsverfestigung des geschmolzenen Metalls stattfindet. Die Richtungsverfestigung in Verbindung mit der gasgesättigten Schmelze führt zu einer Ausrichtung von Poren und zur Bildung von Mikrokanälen über den gesamten Querschnitt des Körpers.

Diesem Verfahren stand man bislang mit Skepsis gegenüber, da es zwar Schaummetalle von guter Qualität liefert, aber das maximale Porositätsniveau nicht besonders hoch ist und das Verfahren kompliziert und kostspielig sei.

Dennoch hat sich die Erfinderin mit diesem Verfahren beschäftigt und festgestellt, dass es für die gewünschten Zwecke sehr gut anwendbar ist. Die Nachteile, die das Verfahren bei anderen technischen Anwendungen hat, sind bei einer gewünschten Reifenvulkanisierform aber von Vorteil und waren so nicht vorhersehbar. Denn insbesondere in Reifenvulkanisierformen ließen sich bislang keine Mikrokanäle oder Mikroporen mit gezielter Ausrichtung, nämlich senkrecht zur Formoberfläche, herstellen.

In weiteren praktischen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass Mikrokanäle und Mikroporen einen Durchmesser von 20–200 μm, vorzugsweisen von 20–80 μm aufweisen. Diese Porengröße hat sich als besondere vorteilhaft herausgestellt, da durch diese Luft schnell und sicher aus der Form abgeleitet werden kann, ohne dass Kautschuk in die Poren eindringt und die Luftkanäle hierdurch verstopft. Auch das Ausformen des Reifens lässt sich hierdurch positiv beeinflussen, ebenso das Aussehen der Lauffläche des Fahrzeugluftreifens selbst. Bei geschickter Einstellung der Porengröße durch Druck- und Gasanteil innerhalb des Druckbehälters lässt sich eine Oberfläche des Laufstreifens des Fahrzeugluftreifens erzeugen, welche dann den bekannten Lotuseffekt zeigt, d. h., dass Schutz und andere unerwünschte Partikel nicht an der Oberfläche des Laufstreifen bzw. der Seitenwand des Fahrzeugluftreifens haften bleiben. Dies ist insbesondere im Neuzustand des Reifens von Vorteil, das sich dann einem Kunden optisch besonders ansprechend präsendiert, da er tief schwarz und glänzend erscheint. Aber auch, insbesondere wenn ein Formsegment der erfindungsgemäßen Reifenvulkanisationsform zur Schaffung der Seitenwandbereiche des Fahrzeugluftreifens eingesetzt wird, kann dies auch bei längerem Betrieb des Fahrzeugluftreifens positiv erscheinen, da sich durch den Lotuseffekt ein Selbstreinigungseffekt der Seitenwand einstellt und die Seitenwand stets sauber bleibt.

In praktischen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für das Material der Formfläche sinterbarer Stahl oder sinterbares Aluminium verwendet wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Profilsegment mit einem Vakuumanschluss versehen ist. Wird ein Vukuum angelegt, kann beim Zusammenfahren der Reifenvulkanisierform eingeschlossene Luft noch schneller abgeleitet werden.

Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Profilsegment der erfindungsgemäßen Reifenvulkanisierform dadurch hergestellt, dass auf einen Grundkörper die mit Mikroporen versehene Formoberfläche mittels eines GASAR-Verfahrens aus einem sinterfähigen Pulvermaterial aufgebaut wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Profilsegment einer erfindungsgemäßen Reifenvulkanisierform im Radialschnitt,
2 ein schematisches Zustandsdiagramm des Übergangs der gesättigten Schmelze in einen festen Zustand und
3 die schematische Darstellung des GASAR-Verfahrens.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Profilsegmentes 1 einer nicht weiter dargestellten Reifenvulkanisierform in Radialschnitt dargestellt. Das Profilsegment 1 besteht aus einem außenseitigem Grundkörper 2, welcher einstückig mit einer innenseitig angeordneten profilierten Formoberfläche 3 verbunden ist. Die Formoberfläche 3 kann Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen, welche ein Laufflächenprofil eines nicht dargestellten Fahrzeugluftreifens formen.
Die Formoberfläche 3 besteht aus einem gesinterten Stahlmaterial, welches mittels eines GASAR-Schmelzverfahrens aus pulvrigem Material schichtweise zu der profilierten Formoberfläche 3 aufgebaut wurde. Über den gesamten Querschnitt und die gesamte Breite weist die Formoberfläche 3 aus Mikroporen gebildete Mikrokanäle 4 auf. Durch die Mikrokanäle 4 kann Luft von der Formoberfläche 3 bis zu einer Rückenfläche 5 des Grundkörpers 2 abgezogen werden.
In den 2 und 3 ist das GASAR-Verfahren zur Herstellung der Reifenvulkanisierform 1 schematisch dargestellt. In 2 ist ein Phasendiagramm dargestellt, welches den Übergang von einem flüssigen Zustand A zu einem festen Zustand B darstellt.
3 zeigt schematisch einen Druckbehälter 6, in welchem das GASAR-Verfahren durchgeführt wird. Der Druckbehälter 6 hat eine Zuleitung 7, in welches Gas, üblicherweise Wasserstoff, eingeleitet wird. In einem Behälter 8 befindet sich geschmolzenes Metall 9, das durch eine Heizvorrichtung 10 aufgeschmolzen wird. Das geschmolzene Metall 9 fließt über eine Leitung 11 in einem darunter angeordneten Kühlbehälter 12 mit einer Kühlvorrichtung 13. Durch die Sättigung mit Gas, insbesondere Wasserstoff, und durch einen innerhalb des Behälters 6 herrschenden hohen Druck kommt es zu einer gerichteten Ausbildung der Poren bzw. Mikrokanäle 4 innerhalb des sich abkühlenden und festigenden Metalls.

1: Profilsegment
2: Grundkörper
3: Formoberfläche
4: Mikrokanal
5: Rückenfläche
6: Schmelzofen
7: Zuleitung
8: Behälter
9: Metall
10: Heizvorrichtung
11: Leitung
12: Kühlbehälter
13: Kühlvorrichtung

Claims

Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form usammenfügbaren Profilsegmenten (1), welche jeweils einen außenseitigen Grundkörper (2) und innenseitig jeweils eine profilierte Formoberfläche (3) aus gesintertem Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formoberfläche (3) durch das jeweilige Profilsegment nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen sind, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Mikrokanälen (4) und Mikroporen besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zu einer Rückenfläche (5) des Profilsegmentes (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten 80% der von Mikroporen gebildeten Mikrokanälen (4) senkrecht zur Formoberfläche (3) ausgerichtet sind und sich von der Formoberfläche (3) bis zur Rückfläche (4) erstrecken.
Reifenvulkanisierform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Mikrokanäle (4) 20 bis 200 μm, vorzugsweise 20 bis 80 μm beträgt.
Reifenvulkanisierform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (3) aus gesintertem Aluminium besteht.
Reifenvulkanisierform nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanäle (4) des Profilsegments (1) in Verbindung mit einer Vakuumquelle stehen.
Reifenvulkanisierform nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Formoberfläche (3) des Profilsegments (1) Lamellenbleche zur Bildung von Feineinschnitten eines Fahrzeugluftreifens eingegossen sind.
Verfahren zur Herstellung einer Reifenvulkanisierform wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) die mit Mikrokanälen (4) versehene Formoberfläche (3) mittels eines GASAR-Schmelzverfahrens aus einem sinterfähigen Pulvermaterial aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich Lamellenfläche in die Formoberfläche (3) eingegossen werden.