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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugreifens.
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Zum Herstellen eines Fahrzeugreifens wird zunächst ein Reifenrohling aus einer Reifenkarkasse, Seitenwänden, Reifenwülsten, einem mehrlagigen Reifengürtel und einer Spulbandage bereitgestellt. Der Laufstreifen mit dem Reifenprofil wird anschließend hergestellt, indem ein Band mit einer entsprechenden Querschnittfläche extrudiert und mit dem Reifenrohling, insbesondere mit dem Reifengürtel, verbunden wird. Dazu wird eine auf den Fahrzeugreifen abgestimmte Gummimischung mit einem Extruder zu einem Laufstreifen geformt und anschließend auf den Reifenrohling aufgebracht.
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Nachteilig hierbei ist, dass eine durch den Laufstreifen festgelegte Reifenperformance des Fahrzeugreifens nur in beschränktem Maße eingestellt werden kann, da der gesamte Laufstreifen lediglich aus einem Material besteht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine verbesserte, auf die Anwendung abgestimmte Herstellung eines Fahrzeugreifens mit geringem Herstellungsaufwand erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie einen Fahrzeugreifen nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, in einem Verfahren die folgenden Schritte durchzuführen:
- a) Bereitstellen oder Herstellen eines Reifenrohlings, mindestens aufweisend:
eine Reifenkarkasse, zwei Seitenwände, Reifenwülste, einen Reifengürtel und eine Spulbandage mit einer oder mehreren Reifenaufbautrommeln,
- b) Bereitstellen einer ersten Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Gummimaterials zum Ausbilden eines Laufstreifens,
- c) Bereitstellen einer zweiten Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Einlagematerials zum Abstimmen des Laufstreifens,
- d) Herstellen eines Laufstreifens, indem
d1) die erste Druckvorrichtung schichtweise das Gummimaterial des Laufstreifens an vorab definierten ersten Positionen aufbringt, und
d2) die zweite Druckvorrichtung das Einlagematerial derartig selektiv an vorab definierten zweiten Positionen aufbringt, dass das Einlagematerial im fertiggestellten Laufstreifen lokal in dem Gummimaterial eingebettet ist zum Ausbilden von auf die Anwendung abgestimmten, lokalen Einlagebereichen im Laufstreifen, wobei durch das Gummimaterial und das Einlagematerial schichtweise ein Laufstreifen mit einem Reifenprofil mit mehreren Profilblöcken ausgebildet wird,
- e) Aushärten des Laufstreifens, und
- f) Fertigstellen des Fahrzeugreifens mit weiteren Schritten.
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Durch die Verwendung von Druckvorrichtungen, vorzugsweise auf einer 3D-Technologie basierenden Druckvorrichtungen, mit denen ein additiver Druckprozess ermöglicht wird, kann vorteilhafterweise ein vorab über ein 3D-Modell definierter Laufstreifen ausgebildet werden. Ein zusätzlicher Prozess, in dem das Reifenprofil geformt wird, beispielsweise in einem Molding-Prozess, kann dadurch entfallen, da das Reifenprofil mit Profilblöcken bereits mit den Druckvorrichtungen hergestellt wird. Weiterhin fallen durch die Herstellung des Laufstreifens in einem additiven Druckprozess weniger Fertigungsreste an. Der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten sinken. Dadurch kann insbesondere die Herstellung von Prototypen kostengünstiger gestaltet werden.
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Zudem können die Einlagebereiche durch die Druckvorrichtungen ohne weitere Verfahrensschritte mit speziellen Eigenschaften, die die Reifenperformance verbessern oder eine Übertragung von elektrischen Signalen oder einen Abtransport von Wärme ermöglichen, lokal ausgebildet werden. Das Herstellungsverfahren erlaubt hierbei, das Einlagematerial schichtweise innerhalb derselben Schicht wie das Gummimaterial des Laufstreifens aufzubringen. Dadurch kann die Herstellungszeit vermindert werden, da beide Druckvorrichtungen parallel bzw. nacheinander innerhalb derselben Schicht arbeiten können.
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Unter lokal wird hierbei verstanden, dass das Einlagematerial insbesondere innerhalb eines oder einiger Profilblöcke des Laufstreifens aufgebracht wird, so dass im fertiggestellten Laufstreifen kein auf dem gesamten Laufstreifen umlaufender Einlagebereich ausgebildet wird. Somit wird der Laufstreifen lediglich an den lokalen Stellen mit einer speziellen Eigenschaft ausgebildet, an denen die jeweilige spezielle Eigenschaft zwingend nötig und zudem nicht hinderlich ist. Dadurch kann Einlagematerial gespart werden und ein auf die Anwendung optimal abgestimmter Laufstreifen hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung können auch mehr als zwei Druckvorrichtungen vorgesehen sein, so dass im Laufstreifen auch mehr als zwei unterschiedliche Materialien aufgebracht werden können. Die Variabilität steigt, da eine feinere Abstimmung des Laufstreifens ermöglicht wird.
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Begonnen wird mit einer ersten Schicht bzw. Ebene, die beispielsweise direkt auf dem Reifenrohling aufliegt. Der Laufstreifen kann hierbei schichtweise direkt auf dem Reifenrohling gefertigt werden oder aber vorab schichtweise fertiggestellt und anschließend auf den Reifenrohling aufgebracht werden. Die erste Schicht bzw. Ebene wird hierbei je nach geplantem Design und Aufbau der Profilblöcke des Laufstreifens in einem bestimmten Bereich mit dem Gummimaterial und dazwischenliegend mit dem Einlagematerial und ggf. mit weiteren Einlagematerialien ausgebildet. Sukzessive wird der Laufstreifen anschließend Schicht für Schicht mit dem Einlagematerial und/oder dem Gummimaterial aufgebaut, wobei dazu das vorab festgelegte 3D-Modell des Laufstreifens mit den mindestens zwei Druckvorrichtungen in einem additiven Druckprozess nachgebaut wird, wobei in einzelnen Schichten bzw. Ebenen auch lediglich Gummimaterial angeordnet sein kann.
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Somit wird unter einem schichtweisen Aufbau des Laufstreifens verstanden, dass die erste Druckvorrichtung und die zweite Druckvorrichtung im Wesentlichen in derselben Schicht arbeiten und diese abschließen bevor mit einer neuen Schicht begonnen wird, so dass die einzelnen Schichten sukzessive durch beide Druckvorrichtungen aufgebaut werden, wobei in einzelnen Schichten auch lediglich Gummimaterial vorhanden sein kann. Davon kann beispielsweise beim Übergang zu einer nachfolgenden Schicht abgewichen werden, indem eine der Druckvorrichtungen bereits in die nächste – nachfolgende – Schicht übergeht, während die andere Druckvorrichtung die vorhergehende Schicht noch abschließt.
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Der Laufstreifen kann hierbei hergestellt werden, indem die Druckvorrichtungen einen einzelnen Profilblock Schicht für Schicht aufbringen und anschließend mit dem nächsten Profilblock entsprechend ebenfalls schichtweise fortfahren oder aber den gesamten Laufstreifen mit allen Profilblöcken Schicht für Schicht aufbauen.
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Als auf 3D-Technologie basierende Druckvorrichtungen kommen gemäß einer Ausführungsform Extruder in Frage, die das jeweilige Material als nicht-vulkanisiertes Material, beispielsweise als viskoelastisches Material über eine Extruderöffnung auf eine Oberfläche kontrolliert aufbringen, wobei ein Extruder für das Gummimaterial – in nicht-vulkanisierter Form - und ein Extruder für das Einlagematerial – in nicht-vulkanisierter Form – vorgesehen ist. Die jeweilige Extruderöffnung ist derartig ausgebildet, dass das Gummimaterial bzw. das Einlagematerial je nach Anwendung sehr dünn an den entsprechenden Positionen aufgetragen werden kann, um eine sehr feinstrukturierte Ausbildung des Laufstreifens mit dem Reifenprofil sowie den Einlagebereichen zu ermöglichen. Die Ansteuerung der jeweiligen Druckvorrichtung erfolgt Schicht für Schicht, so dass der Laufstreifen mit zwei oder mehreren Extrudern mit dem jeweiligen Material additiv aufgebaut werden kann.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden als Druckvorrichtungen auf Pulver-Verfestigung basierende Druckvorrichtungen verwendet. Demnach wird durch die erste Druckvorrichtung das Gummimaterial, insbesondere ein photosensitives Polymer, in Pulverform auf eine Oberfläche aufgebracht und mit einer niederenergetischen Lichtquelle, beispielsweise UV-Licht oder einem Elektronenstrahl, an den ersten Positionen verfestigt, wobei die Moleküle des Gummimaterials durch die Behandlung mit der Lichtquelle eine Brückenbindung eingehen. Mit der zweiten Druckvorrichtung wird das ebenfalls in photosensitiver Form vorliegende Einlagematerial aufgebracht und anschließend mit der niederenergetischen Lichtquelle an den zweiten Positionen entsprechend verfestigt. Zum Ausbilden von mehreren Materialien innerhalb einer Schicht wird das Gummimaterial selektiv verfestigt und das nicht-verfestigte Gummipulver entfernt. Anschließend wird das Einlagematerial in Pulverform insbesondere in die ausgesparten Bereiche der Schicht aufgebracht und an den entsprechenden zweiten Positionen verfestigt, so dass sich innerhalb einer Schicht zwei verfestigte Materialien befinden.
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Im Rahmen der Erfindung wird somit unter Aufbringen des Gummimaterials oder Aufbringen des Einlagematerials durch die jeweilige Druckvorrichtung ein einstufiger (nicht-vulkanisiertes Material) oder ein mehrstufiger Prozess (Pulver-Verfestigung) verstanden, bei denen das bereitgestellte Material mithilfe der jeweiligen Druckvorrichtung jeweils schichtweise auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Die Druckvorrichtungen können hierbei auch mehrteilig ausgeführt sein, beispielsweise ein Teil, der das Pulver aufbringt, und ein weiterer Teil (niederenergetische Lichtquelle), der das Pulver verfestigt, um das endgültige Gummimaterial bzw. Einlagematerial zu erhalten.
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Es können auch weitere 3D-Technologien, die auf dem „additive manufacturing“ basieren in Frage kommen und diese auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, so dass ein variabler Schichtaufbau erzeugt werden kann.
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Dadurch können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise horizontale und/oder vertikale und/oder geneigte bzw. abgeschrägte Strukturen in den Einlagebereichen im Laufstreifen erstellt werden, indem die Druckvorrichtungen bei der Herstellung des Laufstreifens an die entsprechenden Positionen verfahren werden, an denen das Gummimaterial bzw. das Einlagematerial aufgetragen wird, um das 3D-Modell nachzubauen. Mit einer Kombination der o. g. Strukturen können auch komplexe Strukturen aufgebaut werden.
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Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass in einfacher Weise Strukturen in variabler Form in den Laufstreifen eingebracht werden können, für die zudem ein oder mehrere auf die Anwendung abgestimmte Einlagematerialien gewählt werden können. Dadurch kann beispielsweise die Reifenperformance besser auf den entsprechenden Anwendungsfall abgestimmt werden, d. h. es können beispielsweise eine Griffigkeit, ein Rollwiderstand, eine Reifenabnutzung, eine Bruchfestigkeit oder ein Fahrverhalten in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen wie z. B. der Fahrbahnoberfläche oder der Temperatur genauer eingestellt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass an den entsprechend vorab definierten Positionen im Laufstreifen Einlagematerialien mit einer bestimmten Eigenschaft verwendet werden, so dass im Laufstreifen ein oder mehrere Einlagebereiche ausgebildet werden, in denen das mindestens eine Einlagematerial mit dem Gummimaterial derartig zusammenwirkt, dass der Laufstreifen im Betrieb des Fahrzeugreifens ein bestimmtes Verhalten aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann dazu die Härte des mindestens einen Einlagematerials eingestellt werden. Durch Verwendung eines weicheren Einlagematerials im Inneren des Gummimaterials in einem Bereich des Laufstreifens, in dem ein höherer Druck wirkt, kann beispielsweise die Griffigkeit insbesondere auf nasser und eisiger Fahrbahn oder die Abnutzung des Fahrzeugreifens verbessert werden, da ein auf den Fahrzeugreifen einwirkender Druck vermindert wird.
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Wird ein hartes Einlagematerial verwendet, können härtere Bereiche im Laufstreifen ausgebildet werden, die ebenfalls zu einer verbesserten Griffigkeit auf Eis und Schnee führen, da der Laufstreifen besser in das Eis oder den Schnee eingreifen kann. Durch eine kombinierte Anwendung von harten und weichen Einlagematerialien in lokalen Einlagebereichen des Laufstreifens kann somit insbesondere die Griffigkeit optimiert werden.
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Weiterhin können gemäß einer weiteren Ausführungsform Einlagematerialien verwendet werden, die rissbeständig und somit weniger empfindlich gegen Risse oder Brüche sind. Dazu können beispielsweise Materialien mit weniger Füllstoff verwendet werden, die weicher sind und daher verhindern, dass sich ungewollt, beispielsweise im Bereich einer Lamelle entstehende Risse in den Laufstreifen ausbreiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können auch leitfähige Materialien, beispielsweise metallische Materialien, als Einlagematerialien verwendet werden. Diese können als Zuleitungen für einen Sensor im Fahrzeugreifen oder im Laufstreifen dienen, um vom Sensor aufgenommene Signale übertragen zu können oder den Sensor mit Energie zu versorgen. Es können aber auch wärmeleitfähige Materialien verwendet werden, um entstehende Wärme besser abtransportieren zu können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Einlagematerial als Abschirmung wirken, so dass die Lebensdauer einzelner, beispielsweise stark beanspruchter Bereiche des Laufstreifens erhöht werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Einlagematerial unterschiedliche Farben aufweisen, um eine Kennzeichnung des Fahrzeugreifens zu ermöglichen. Dazu können durch das Einlagematerial und das Gummimaterial beispielsweise Bereiche mit unterschiedlichem Kontrast ausgebildet werden, beispielsweise in Form eines Barcodes oder eines QR-Codes, so dass die dadurch ausgebildete Kennzeichnung von einer Auslesevorrichtung ausgelesen und der Laufstreifen dadurch identifiziert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Einlagematerial aber auch mit kleinen Aussparungen bzw. Hohlräumen ausgebildet werden. Diese dienen dazu, dass die im Betrieb des Fahrzeugreifens entstehenden Geräusche unterdrückt werden. Dazu können die Hohlräume in entsprechend vorab ermittelten Bereichen im Laufstreifen ausgebildet werden, die im Betrieb des Fahrzeugreifens sehr geräuschsensitiv sind. Zum Ausbilden von Hohlräumen in dem Einlagematerial wird ein Einlagematerial verwendet, das durch eine zusätzliche Temperaturbehandlung automatisch Hohlräume ausbildet, so dass im Einlagebereich eine schaumartige Struktur entsteht. Dazu kann das Einlagematerial für den entsprechenden Bereich chemisch derartig behandelt werden, dass es beim Aufwärmen, beispielsweise im abschließenden Vulkanisierungsprozess, schaumartig strukturierte Hohlräume im Inneren ausbildet.
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Nach der Herstellung des Laufstreifens wird zumindest der Laufstreifen in einem Aushärteprozess, beispielsweise in einer Vulkanisationsvorrichtung, widerstandsfähig gemacht und anschließend weitere übliche Verfahrensschritte zur Fertigstellung des Fahrzeugreifens durchgeführt.
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Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im Folgenden näher erläutert werden. Es zeigen:
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1a, b einen Fahrzeugreifen während der Herstellung eines Laufstreifens gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform; und
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2a–f Einlagebereiche unterschiedlicher Form in dem Laufstreifen gemäß 1a, b.
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Gemäß 1a ist ein Fahrzeugreifen 1 mit Seitenwänden 2 vorgesehen, auf dessen Reifengürtel 3 ein Laufstreifen 4 hergestellt wird. Dazu sind zwei als Extruder ausgeführte Druckvorrichtungen 5a, 5b vorgesehen, wobei eine erste Druckvorrichtung 5a ein nicht-vulkanisiertes Gummimaterial 6a über eine erste Extruderöffnung 5c und eine zweite Druckvorrichtung 5b ein nicht-vulkanisiertes Einlagematerial 6b über eine zweite Extruderöffnung 5d bereitstellt. Die Druckvorrichtungen 5a, 5b werden zu vorab definierten Positionen P1, P2 über dem Reifengürtel 3 gefahren und das Gummimaterial 6a an einer ersten Position P1 bzw. das Einlagematerial 6b an einer zweiten Position P2 schichtweise aufgetragen, indem das nicht-vulkanisierte Material 6a, 6b aus den Extruderöffnungen 5c, 5d gedrückt wird, so dass der Laufstreifen 4 mit einem nicht dargestellten Reifenprofil mit mehreren Profilblöcken in einem additiven Druckprozess hergestellt wird.
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Dabei werden gleichzeitig lokal mehrere Einlagebereiche 7 im Laufstreifen 4 ausgebildet, in denen sowohl das Einlagematerial 6b als auch das Gummimaterial 6a aufgetragen ist, wobei das Einlagematerial 6b im Gummimaterial 6a eingebettet ist. Durch das Zusammenwirken von Einlagematerial 6b und Gummimaterial 6a wird in diesen Einlagebereichen 7 im fertiggestellten Fahrzeugreifen 1 ein bestimmtes Fahrverhalten eingestellt. Zusätzlich oder alternativ kann das Einlagematerial 6b auch als leitfähiges Material dienen, um Signale von Sensoren zu übertragen oder Sensoren mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform in 1b sind Druckvorrichtungen 5a, 5b vorgesehen, mit denen zum Aufbringen des Gummimaterials 6a sowie des Einlagematerials 6b zunächst in beliebiger Weise eine Pulverschicht 9a, 9b eines pulverisierten Gummimaterials 6ap bzw. pulverisierten Einlagematerials 6bp aufgebracht wird. Das Aufbringen der Pulverschichten 9a, 9b kann hierbei in beliebiger Weise erfolgen. In 1b ist dies lediglich schematisch angedeutet. Anschließend wird die jeweilige Pulverschicht 9a, 9b mit einer zur Druckvorrichtung 5a, 5b gehörigen Lichtquelle 10 derartig an den vorab definierten Positionen P1, P2 behandelt, dass Moleküle des Pulvers 9a, 9b eine Brückenbindung eingehen und sich dadurch das verfestigte Gummimaterial 6a bzw. des verfestigte Einlagematerial 6b ausbildet. Dadurch wird nacheinander Schicht für Schicht aufgebaut, um einen Einlagebereich 7 aus unterschiedlichen Materialien auszubilden.
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Beispielhaft sind Einlagebereiche 7, die mit einem der o. g. additiven Verfahren oder eine Kombination der o. g. additiven Verfahren hergestellt sind, in den 2a bis 2f dargestellt. Gemäß 2a wird ein erster Einlagebereich 7a ausgebildet, indem das Einlagematerial 6b horizontal bezüglich des Laufstreifens 4 ausgedehnt in das Gummimaterial 6a eingebettet wird. Dazu wird in einer ersten Schicht 8.1 zunächst lediglich das Gummimaterial 6a aufgetragen. In einer zweiten Schicht 8.2 wird anschließend ein Teil des Gummimaterials 6a und horizontal ausgedehnt auch das Einlagematerial 6b aufgetragen. In der dritten und allen folgenden Schichten 8.3, ..., 8.6 wird anschließend lediglich das Gummimaterial 6a aufgetragen.
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Ein zweiter Einlagebereich 7b weist gemäß 2b vertikale bzw. radial zum Fahrzeugreifen 1 verlaufende Strukturen aus dem Einlagematerial 6b auf, die in entsprechender Weise analog zum ersten Einlagebereich 7a hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform gemäß 2c sind in einem dritten Einlagebereich 7c abgeschrägte Strukturen aus dem Einlagematerial 6b vorgesehen. Gemäß der 2d und 2e sind komplexe Strukturen aus dem Einlagematerial 6b als vierter Einlagebereich 7d und fünfter Einlagebereich 7e vorgesehen, wobei die komplexen Strukturen eine Kombination aus horizontalen (7a), vertikalen (7b) und abgeschrägten Strukturen (7c) darstellen.
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Gemäß 2f ist in einem sechsten Einlagebereich 7f ein Einlagematerial 6b mit Hohlräumen 11 vorgesehen, wobei sich die Hohlräume nach einer Wärmbehandlung des aufgetragenen Einlagematerisl 6b ergeben, so dass sich eine schwammartige Struktur ausbildet, durch die Geräusche unterdrückt werden können.
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Nach dem Fertigstellen des Laufstreifens 4 mit einer oder mehreren der Einlagebereiche 7a bis 7e wird der Laufstreifen 4 beispielsweise auf dem Reifenrohling in einem Vulkanisationsprozess ausgehärtet und der Fahrzeugreifen 1 in weiteren Schritten fertiggestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugreifen
- 2
- Seitenwände
- 3
- Reifengürtel
- 4
- Laufstreifen
- 5a
- erste Druckvorrichtung
- 5b
- zweite Druckvorrichtung
- 5c
- erste Extruderöffnung
- 5d
- zweite Extruderöffnung
- 6a
- Gummimaterial
- 6ap
- pulverisiertes Gummimaterial
- 6b
- Einlagematerial
- 6bp
- pulverisiertes Einlagematerial
- 7
- Einlagebereich
- 7a
- erster Einlagebereich
- 7b
- zweiter Einlagebereich
- 7c
- dritter Einlagebereich
- 7d
- vierter Einlagebereich
- 7e
- fünfter Einlagebereich
- 8.i
- Schichten des Laufstreifens
- 9a, 9b
- Pulverschicht
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Hohlräume
- P1, P2
- erste, zweite Position
