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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Strukturen in die Seitenfläche eines Profilblockelements sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Einbringen von Aussparungen in eine Seitenfläche eines Profilblockelements eines Fahrzeugluftreifens. Dabei ist das Profilblockelement auf einem Laufstreifen des Fahrzeugluftreifens angeordnet.
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Es ist bekannt, Aussparungen in eine Seitenfläche eines Profilblockelements einzubringen. So wird beispielsweise in der
DE 602 13 445 T2 offenbart, dass Öffnungen mittels Nadeln in Seitenflächen von Profilblockelementen eingebracht werden können.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren können hinsichtlich einer Ausgestaltung der Aussparung begrenzt sein. Insbesondere sind die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hinsichtlich der erzeugten Abmessungen der Aussparungen begrenzt. Hintergrund dieser Begrenzung ist, dass mittels der aus dem Stand der Technik bekannten mechanischen Verfahren zur Erzeugung von Aussparungen nur bestimmte minimale Schnitte oder minimale Abtragungen an der Seitenfläche eines Profilblockelements vorgenommen werden können. Durch den Umstand, dass nur bestimmte minimale Schnitte oder minimale Abtragungen an der Seitenfläche eines Profilblockelements vorgenommen werden können, kann die Möglichkeit begrenzt sein, bestimmte, gegebenenfalls komplexe Formen eines Querschnitts der Aussparung zu erzeugen.
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Eine Wirkung der Aussparung auf das Profilblockelement kann insbesondere von der Art der Aussparung abhängen. Die Wirkung, die die Aussparung auf das Profilblockelement ausüben soll, betrifft beispielsweise die Elastizität oder die Kompressibilität des Profilblockelements. Je vielfältiger die Möglichkeiten der Gestaltung der Aussparung sind, auf desto vielfältigere Weise kann auf die Eigenschaften des Profilblockelements Einfluss genommen werden. Da die Möglichkeiten zur Ausbildung der Geometrie und der Abmessungen gemäß dem Stand der Technik begrenzt sind, können somit auch die Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Eigenschaften des Profilblockelementes begrenzt sein. Dies kann dazu führen, dass der Einsatz der Profilblockelemente nicht optimal gestaltet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte Profilblockelemente bereitzustellen.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass ein gepulst betriebener Laser verwendet wird.
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Durch den erfindungsgemäßen Umstand, wonach ein gepulst betriebener Laser zur Erzeugung der Aussparungen verwendet wird, können schmalere und tiefere Strukturen in die Seitenfläche eines Profilblockelements eingebracht werden, als es mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist. Insbesondere können aufgrund der schmaleren Strukturen Aussparungen erzeugt werden, die eine komplexere Geometrie und kleinere Abmessungen aufweisen, als es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aussparungen der Fall ist.
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Eine Komplexität der Geometrie kann im Sinne der Erfindung davon abhängen, mit welcher Vielzahl an Ecken polygonale Strukturen der Aussparungen und ihrer Querschnitte ausgebildet sind oder, in wie weit Kombinationen konvex und konkav ausgebildeter polygonaler Strukturen der Querschnitte der Aussparungen erzeugt werden können.
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Dadurch, dass Aussparungen mit komplexerer Geometrie und kleineren Abmessungen erzeugt werden können, als es gemäß dem Stand der Technik möglich sein kann, kann vielfältiger auf die Eigenschaften eines Profilblockelements Einfluss genommen werden. Die Profilblockelemente können somit besser an mögliche Fahrbahngegebenheiten angepasst werden und weisen bessere Fahreigenschaften auf. Somit werden verbesserte Profilblockelemente bereitgestellt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Festkörperlaser verwendet, der mit einer Pulsdauer von weniger als 2 µs betrieben wird.
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Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Verwendung von Lasern, beispielsweise eines CO2-Lasers, zum Einbringen von Strukturen haben Festkörperlaser den Vorteil, dass diese eine wesentlich höhere Strahlqualität sowie ein besseres Kosten zu Nutzen-Verhältnis aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die verwendete Pulsdauer des Lasers weniger als 2 µs. Dadurch wird ein optimales Ergebnis beim Einbringen der Strukturen mit einer möglichst geringen Hitzeentwicklung im Material des Profilblockelements sichergestellt. Das heißt, dass möglichst geringe bis gar keine Hitzeschäden im Material des Profilblockelements durch diesen gepulsten Betrieb eines Festkörperlasers erzeugt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Laser mit einer noch kürzeren Pulsdauer von weniger als 100 ns betrieben.
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Weiterhin ist die bevorzugte Pulsenergie des Lasers größer als 2 mJ, wobei die Pulsenergie das Verhältnis einer mittleren Leistung des Lasers durch die Pulsfrequenz darstellt. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Beugungsmaßzahl M2 des Lasers kleiner als 1,5. Die Beugungsmaßzahl M2 ist der Kehrwert einer Strahlqualität K des Lasers.
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Durch eine Einhaltung dieser bevorzugten Parameter des Lasers, vor allem durch die sehr geringe Pulsdauer, können die von dem Laserstrahl getroffenen und damit der Hitze ausgesetzten Stellen im Material des Profilblockelements stark reduziert werden. Dadurch entstehen vorteilhafterweise weniger Hitzeschäden im Material, wodurch wiederum ein größerer Materialabtrag mit hoher Präzision und sehr guter Schnittqualität gewährleistet ist.
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Zur weiteren Vermeidung von Hitzeschäden im Material wird der Laserstrahl des Lasers mit einer festgelegten Geschwindigkeit über die Seitenfläche des Profilblockelements bewegt. Eine Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Seitenfläche beträgt vorteilhaft mindestens 300 mm/s, bevorzugt mindestens 1 m/s.
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Um eine derartige Bewegung des Laserstrahls über die Seitenfläche des Profilblockelements zu realisieren, wird vorteilhafterweise eine Laserlenkvorrichtung verwendet. Dabei wird der Laserstrahl mit Hilfe von Spiegeln und/oder Fasern, insbesondere Glasfasern, umgelenkt und über die Seitenfläche bewegt. Die Spiegel oder die Fasern sind beispielswiese in einem flexiblen, schlauchförmigen Körper angeordnet. Dieser flexible, schlauchförmige Körper ist steuerbar und kann derart ausgerichtet werden, dass eine beliebige Stelle an der Seitenfläche des mindestens einen Profilblockelements mit dem Laserstrahl bearbeitet werden kann. Der flexible, schlauchförmige Körper stellt einen optischen Kanal für die Laserstrahlen dar.
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Zur Positionierung des Profilblockelements wird vorteilhafterweise der Fahrzeugluftreifen, auf dessen Laufstreifen das Profilblockelement angeordnet ist, relativ zum Laser bewegt oder umgekehrt. Eine Ausgestaltung mit einem räumlich fixierten Laser und bewegbarem, insbesondere rotierbarem, Fahrzeugluftreifen ist insbesondere bevorzugt. Die Bewegung des Fahrzeugluftreifens kann vorteilhafterweise in alle Rotations- sowie Translationsrichtungen erfolgen. Ferner ist insbesondere eine Ausgestaltung mit einem räumlich fixierten Reifen und bewegbarem, insbesondere rotierbarem, Laser bevorzugt. Die Bewegung des Lasers kann vorteilhafterweise in alle Rotations- sowie Translationsrichtungen erfolgen.
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Vorteilhafterweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Aussparungen mit einer Tiefe von bis zu 50 mm und einer minimalen Breite von 0,05 mm bis 0,1 mm in die Seitenfläche des Profilblockelements eingebracht werden. Dabei ist es möglich, nicht nur senkrechte Profile oder Strukturen einzubringen, sondern beispielsweise auch sich in Richtung des Laufstreifens erweiternde oder von dem Laufstreifen wegweisende Aussparungen in die Seitenfläche einzubringen. Dies kann durch eine Kippbewegung des Fahrzeugluftreifens beziehungsweise des Laserstrahls, relativ zu dem Fahrzeugluftreifen beziehungsweise relativ zu der Seitenfläche des Profilblockelements ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Vorrichtung zum Einbringen von Aussparungen in die Seitenfläche eines Profilblockelements eines Fahrzeugluftreifens, wobei das Profilblockelement auf einem Laufstreifen des Fahrzeugluftreifens angeordnet ist. Dabei weist die Vorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung für den Fahrzeugluftreifen, einen Laserhaltearm mit einem Laser und eine Laserlenkvorrichtung zum Bewegen eines Laserstrahls des Lasers über die Seitenfläche des Profilblockelements auf. Dabei handelt es sich bei dem Laser vorzugsweise um einen gepulst betriebenen Festkörperlaser mit einer Pulsdauer von weniger als 2 µs.
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Bevorzugt eignet sich ein als Scheibenlaser ausgebildeter Festkörperlaser zum Einbringen von Aussparungen in eine Seitenfläche eines Profilblockelements. Bei dem Betrieb des Lasers werden bevorzugt die voranstehend genannten Parameter wie beispielsweise Pulsdauer oder Pulsenergie verwendet, um ein optimales Ergebnis mit minimaler Hitzeentwicklung im Reifenmaterial bei der Einbringung der Aussparung in die Seitenfläche des Profilblockelements zu erhalten.
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Um den Fahrzeugluftreifen und damit die Seitenfläche eines Profilblockelements relativ zu dem Laser zu positionieren, sind die Halteeinrichtung mit dem Fahrzeugluftreifen und der Laserhaltearm mit dem Laser bevorzugt relativ zueinander bewegbar ausgeführt. Bevorzugt ist die Halteeinrichtung derart ausgestaltet, dass der Fahrzeugluftreifen zumindest rotiert werden kann. Weiterhin bevorzugt sind die Halteeinrichtung und der Laserhaltearm so ausgestaltet, dass der Fahrzeugluftreifen beziehungsweise der Laser in alle Richtungen bewegt werden kann. Beispielsweise kann der Laserhaltearm als herkömmlicher Roboterarm mit mehreren Gelenken ausgestaltet sein, die eine Bewegung des Arms in allen Freiheitgraden ermöglichen. Gleiches gilt für die Halteeinrichtung des Fahrzeugluftreifens. Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Laserhaltearm fixiert ist und der Fahrzeugluftreifen relativ zu dem Laser bewegt und somit positioniert wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Reifen fixiert und der Laser ist relativ zu dem Reifen bewegbar und positionierbar.
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Der Laserstrahl des Lasers wird bevorzugt mittels einer Laserlenkvorrichtung abgelenkt und über die Seitenfläche des Profilblockelements geführt. Dies geschieht vorteilhafterweise mit einer Geschwindigkeit von mindestens 300 mm/s. Dabei weist die Laserlenkvorrichtung Spiegel und/oder Fasern, insbesondere Glasfasern, auf, die angesteuert werden können. Mittels der steuerbaren Spiegel und Fasern kann eine Ablenkung des Laserstrahls bewirkt werden.
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Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung auf. Dabei ist die Steuervorrichtung zur Steuerung des Laserstrahls und/oder des Betriebs des Lasers und/oder des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet und/oder vorgesehen.
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Mittels der Steuervorrichtung können Laserstrahl, Laser und Vorrichtung sicher und zuverlässig betrieben werden. Die Steuervorrichtung kann programmierbar ausgestaltet sein und ein vorher festgelegtes Schnittmuster der Aussparung in die Seitenfläche des Profilblockelements einbringen. Die Steuervorrichtung kann insbesondere zur Überwachung des gesamten Vorgangs des Einbringens der Aussparungen vorgesehen sein. Mittels der Steuervorrichtung können ferner beispielsweise die Pulsdauer oder Pulsstärke des Laserstrahls und/oder die Formen und Abmessungen der Aussparungen eingestellt und kontrolliert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Absaugvorrichtung auf. Dabei ist die Absaugvorrichtung zum Absaugen der mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgelösten Bestandteile der Seitenfläche des Profilblockelements geeignet und/oder vorgesehen.
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Durch den Umstand, dass die abgelösten Bestandteile abgesaugt werden, wird der Vorgang des Einbringens der Aussparungen effizienter gestaltet, da ein an den Vorgang des Einbringens der Aussparungen zeitlich nachfolgender Säuberungsvorgang unnötig wird. Darüber hinaus wird ein unerwünschtes Zurückbleiben der Bestandteile auf der Seitenfläche des Profilblockelements oder auf dem Laufstreifen vermieden.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Positionsmessvorrichtung auf. Dabei ist die Positionsmessvorrichtung zur Bestimmung der Position des Laserstrahls und/oder eines Orts auf der Seitenfläche des Profilblockelements geeignet und/oder vorgesehen.
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Mittels der Positionsmessvorrichtung kann einerseits die genaue Lage des Laserstrahls verfolgt und überprüft werden. Eine Korrektur eines falsch positionierten Laserstrahls und die genaue Führung des Laserstrahls sind somit möglich. Andererseits kann die Seitenfläche des Profilblockelements genau hinsichtlich gegebenenfalls bereits vorhandener Oberflächenstrukturen beobachtet und überprüft werden. Zudem ist eine genaue Beobachtung des Vorgangs des Einbringens der Aussparung möglich.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten, auf die die Erfindung in ihrem Umfang aber nicht beschränkt ist, werden nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 5: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit Einleitungsschritt S1 wird das Verfahren eingeleitet. In dem darauffolgenden Schneideschritt S2 wird eine Aussparung in eine Seitenfläche eines Profilblockelements eingebracht. Dazu wird eine gepulst betriebener Laser verwendet. Die Energie des Lasers, seine Pulsdauer sowie die Geometrie und die Abmessungen der eingebrachten Aussparung sind dabei frei wählbar. Durch diese freie Wählbarkeit kann das Profilblockelement hinsichtlich seiner Eigenschaften, wie etwa Elastizität oder Kompressibilität, zuverlässig beeinflusst werden. Das Profilblockelement ist auf einem Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens angeordnet. Mit Abschlussschritt S3 wird das Verfahren abgeschlossen.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung wird mit 15, der Fahrzeugluftreifen wird mit 5.0 bezeichnet. Die Vorrichtung 15 weist gemäß der in der 2 schematisch dargestellten Ausgestaltungsform einen Laser 3.0, eine Laserlenkvorrichtung 4.0, eine Absaugvorrichtung 9.0 und eine Positionsmessvorrichtung 14 auf. Bei dem Laser 3.0 handelt es sich um einen gepulsten Laser. Der als Strichlinie dargestellte Laserstrahl 3.2 des Lasers 3.0 wird mittels der Laserlenkvorrichtung 4.0 zu einer Seitenfläche 10 mindestens eines Profilblockelementes 11 gelenkt. Das mindestens eine Profilblockelement 11 ist auf einem Laufstreifen 5.1 des Fahrzeugluftreifens 5.0 angeordnet. Mit 12 wird ein Zwischenraum zwischen mindestens zwei Profilblockelementen 11 bezeichnet. Die Laserlenkvorrichtung 4.0 ist geeignet, den Laserstrahl 3.2 in den Zwischenraum 12 zu lenken und von dort Aussparungen 8 an der Seitenfläche 10 mindestens eines Profilblockelements 11 einzubringen. Die Laserlenkvorrichtung 4.0 kann Spiegel und/oder Fasern, insbesondere Glasfasern, aufweisen mit denen der Laserstrahl 3.2 gelenkt werden kann. In der 2 wird der Laserstrahl 3.2 über einen Spiegel 16 gelenkt. Neben der Verwendung des Spiegels 16 ist der Einsatz anderer, optisch reflektierender Mittel möglich. Die Laserlenkvorrichtung 4.0 kann als flexibler, schlauchförmiger Körper ausgestaltet sein. Die Laserlenkvorrichtung kann derart bewegt und gesteuert werden, dass ein beliebiger Ort auf der Seitenfläche 10 des Profilblockelements 11 mit dem Laserstrahl 3.2 bearbeitet werden kann. Die Absaugvorrichtung 9.0 ist zum Absaugung von losgelösten Bestandteilen des mindestens einen Profilblockelements 11 geeignet und vorgesehen.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 15 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in der 2 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung 15 zusätzlich eine Steuervorrichtung 7 auf. Die Steuervorrichtung 7 ist zur Steuerung des Laserstrahls 3.2 und/oder des Betriebs des Lasers 3.0 und/oder des Betriebs der Vorrichtung 15 selbst vorgesehen. Mittels der Steuervorrichtung 7 können beispielsweise die Pulsdauer oder Pulsstärke des Laserstrahls 3.2 oder die Formen und Abmessungen der Aussparungen 8 eingestellt und kontrolliert werden. Ferner weist die Absaugvorrichtung 9.0 einen Filter 9.1 auf. Der Filter 9.1 ist zum Herausfiltern von Bestandteilen vorgesehen, die bei der Einbringung der Aussparungen 8 in die Seitenfläche 10 entstanden sind. Der Laser 3.0 ist drehbar und kann beispielsweise in die mit 13 bezeichneten Drehrichtungen bewegt werden. Dadurch, dass der Lasers 3.0 drehbar ist, kann ein hohes Maß an Präzision und ein breiter Gestaltungsspielraum bei der Einbringung der Aussparung 8 in die Seitenfläche 10 ermöglicht werden.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 15 zum Einbringen von Aussparungen 8 in die Seitenfläche 10 eines Profilblockelements 11 eines Fahrzeugluftreifens 5.0 in weiteren Ausgestaltungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 15 umfasst jeweils eine Halteeinrichtung 1.1 beziehungsweise 1.2 für einen Fahrzeugluftreifen 5.0, wobei der Fahrzeugluftreifen 5.0 zumindest rotierbar gelagert ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 15 jeweils einen Laserhaltearm 2.1 beziehungsweise 2.2 mit einem Laser 3.0. Der Laser 3.0 ist gemäß der in der 4 und der 5 dargestellten Ausführungsformen als Festkörperlaser 3.1 ausgebildet und wird mit einer Pulsdauer von weniger als 2 µs betrieben. Zum Bewegen eines Laserstrahls 3.2 des Festkörperlasers 3.1 über den Laufstreifen 5.1 des Fahrzeugluftreifens 5.0 weist die Vorrichtung 15 gemäß dieser Ausführungsformen in der 4 und in der 5 jeweils eine Laserlenkvorrichtung 4.0 auf. Die Laserlenkvorrichtung 4.0 ist in den gezeigten Ausgestaltungen in den Laserhaltearm 2.1 beziehungsweise 2.2 integriert.
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Zur Positionierung des Fahrzeugluftreifens 5.0 relativ zu dem Festkörperlaser 3.1 können die Halteeinrichtung 1.1 beziehungsweise 1.2 mit dem Fahrzeugluftreifen 5.0 und der Laserhaltearm 2.1 beziehungsweise 2.2 mit dem Festkörperlaser 3.1 relativ zueinander bewegt werden.
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Gemäß der Ausgestaltung der 4 ist der Fahrzeugluftreifen 5.0 in der Halteeinrichtung 1.1 rotierbar gelagert. Der Laserhaltearm 2.1 weist drei Gelenke 6 auf, mittels derer der Laserhaltearm 2.1 in allen Richtungen bewegbar ist, sodass die einzubringende Aussparung 8 auf der Seitenfläche 10 des Profilblockelements 11 des Fahrzeugluftreifens 5.0 beliebig positioniert werden kann.
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Hingegen ist gemäß der 5 der Festkörperlaser 3.1 beziehungsweise der Laserhaltearm 2.2 fixiert und der Fahrzeugluftreifen 5.0 ist an einer in allen Richtungen beweglichen Halteeinrichtung 1.2 rotierbar gelagert. Die Halteeinrichtung 1.2 weist hierzu ebenfalls drei Gelenke 6 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1.1
- Halteeinrichtung, erste Ausgestaltung
- 1.2
- Halteeinrichtung, zweite Ausgestaltung
- 2.1
- Laserhaltearm, erste Ausgestaltung
- 2.2
- Laserhaltearm, zweite Ausgestaltung
- 3.0
- Laser
- 3.1
- Festkörperlaser
- 3.2
- Laserstrahl
- 4.0
- Laserlenkvorrichtung
- 5.0
- Fahrzeugluftreifen
- 5.1
- Laufstreifen
- 6
- Gelenke
- 7
- Steuervorrichtung
- 8
- Aussparung
- 9.0
- Absaugvorrichtung
- 9.1
- Filter
- 10
- Seitenfläche
- 11
- Profilblockelement
- 12
- Zwischenraum
- 13
- Bewegungsrichtung
- 14
- Positionsmessvorrichtung
- S1
- Einleitungsschritt
- S2
- Schneideschritt
- S3
- Abschlussschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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