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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spikes - insbesondere für einen Fahrzeugreifen -mit einem Spikekörper und mit einem in den Spikekörper eingesetzten Spikepin.
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Spikereifen mit Spikes, welche mit einem Spikekörper und einem darin eingesetzten Spikepin ausgebildet sind, sind bekannt. Der Spikepin ist dabei üblicherweise aus einem besonders harten Metall hergestellt, um eine sichere Übertragung von Kräften über die im Spikepin ausgebildeten Griffkanten auf Eisflächen, sowei um eine hohe Abriebfestigkeit und eine lange Lebensdauer zu ermöglichen. Die Spikekörper sind üblicherweise aus weniger harten Material, wie beispielsweise weniger hartem Stahl oder aus Aluminium durch Drehen, Kaltfließpressen, Gesenkschmieden oder Sintern aus einheitlicher Materialstruktur hergestellt. Bei Einsatz von Stahl wird zwar eine hohe Abriebfestigkeit ermöglicht, allerdings unter in Kaufnahme eines relativ großen Gewichts. Das große Gewischt begünstigt beim Einsatz auf der Straße, den schnellen Verlust der Spikes und eine zusätzliche Belastung des Straßenbelages. Aluminium ermöglicht zwar den Spikekörper mit geringeren Gewicht auszubilden, allerdings zu Lasten der Abriebfestigkeit. Kombinationen aus mehreren Materialien sind nur schwer realisierbar und benötigen zu deren Herstellung darüber hinaus sehr aufwendige Herstellungsverfahren und teure Werkzeuge.
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Die herkömmlichen Spikes mit Spikekörper und mit darin eingesetztem Spikepin sind somit üblicherweise aus einem Spikepin aus schwerem Hartmetall und aus einem Spikekörper mit einem leichteren Metall ausgebildet. Das Hartmetall des Spikepins ermöglicht aufgrund seiner hohen Abriebfestigkeit eine gute Kraftübertragung auf Eis und eine ausreichende Lebensdauer. Aufgrund des zunehmenden Abriebes über die Lebensdauer wird dabei nicht nur der Spikepin abgerieben, sondern auch das den Spikepin umgebende Spikekörpermaterial wird etwas schneller abgerieben. Durch diesen Nachschneideeffekt kann auch bei abgeriebener Spitze des Spikepins die Spitze noch relativ lange eine Spikegriffwirkung entfalten.
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Gelegentlich wurde auch vorgeschlagen, einen Spike einstückig aus lediglich einem Material herzustellen. Entweder wird dabei das Material für die mit der Eisfläche in Kontakt tretende Spitze optimiert aus Metallen mit hoher Abriebfestigkeit gewählt, wodurch der Spike insgesamt üblicherweise sehr schwer wird. Die Spikes gehen leicht verloren und beschädigen leichter die Straßenoberflächen. Darüber hinaus fehlt aufgrund der über den gesamten Spike in allen Bereichen gleichen Materialeigenschaften auch der Nachschneideeffekt, sodass mit Abrieb der Spikespitze die Griffwirkung vollständig entfällt. Wird das einheitliche Spikematerial aus einem weniger abriebfesten, leichteren metallischen Material gewählt, geht dies zulasten der Griffwirkung im Bereich der Spikepins und führt zu beschleunigten Abrieb der Spikespitze. Der Nachschneideeffekt fehlt auch hier.
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Aus der
DE 10 2015 217 774.2 ist es bekannt, einen derartigen Spike aus einheitlichem Material in einem Laserschmelzverfahren durch Umschmelzen von Metallpulver herzustellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine größere Gestaltungsfreiheit für die Gestaltung von derartigen Spikes bei hoher Griffwirkung und unter Schonung der Straßenoberfläche zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Spikes - insbesondere für einen Fahrzeugreifen -mit einem Spikekörper und mit einem in den Spikekörper eingesetzten Spikepin, gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst, bei dem der Spikekörper zumindest in Abschnitten mit offenporiger gitter- oder skelettförmiger Struktur in einem Laserschmelzverfahren durch Umschmelzen von Metallpulver eines ersten Metalls hergestellt wird, und bei dem der aus einem anderen Metall hergestellte Spikepin danach in den Spikekörper eingesetzt wird.
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Durch das Verfahren wird ermöglicht, die Vorteile der Herstellung der Spikes aus Spikekörper und eingesetztem Spikepin, bei denen der Spikepin aus abriebfesterem Metall einerseits und der Spikekörper aus weniger abriebfestem Material ausgebildet ist, beizubehalten. Dabei ermöglicht die Herstellung des Spikekörpers mit zumindest in Abschnitten offenporiger Gitter bzw. Skelettstruktur in einem Laserschmelzverfahren durch Umschmelzen von Metallpulver eine weitere Gewichtsreduktion des Spikekörpers durch die offenporige Gestaltung und somit eine zusätzliche Reduktionen der Belastung der Straßenoberflächen und dies unter Nutzung der großen Vorteile der Griffwirkung der herkömmlichen Ausbildung des Spikepins und der Vorteile der langlebigen Griffwirkung aus unterschiedlichem Material für Spikepin und Spikekörper. Dabei können auch Metalle für den Spikekörper eingesetzt werden, die bislang aufgrund ihres zu hohen Gewichtes oder ihrer schlechten Bearbeitbarkeit in herkömmlichen Herstellverfahren nicht zum Einsatz kamen. Darüber hinaus kann die für die Halterung und Dämpfung des Spikes im Spikeloch wesentliche Formgestaltung des Spikekörpers individuell zum jeweils gewünschten Zwecke optimiert ausgebildet werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, bei dem zur Vervollständigung des Spikekörpers nach dem Aufbau der zumindest in Abschnitten mit offenporiger gitter- oder skelettförmiger Struktur im Laserschmelzverfahren durch Umschmelzen von Metallpulver eines ersten Metalls die gitter- oder skelettförmigen Struktur zumindest im Bereich der offenporigen Abschnitte mit Kunsstoff- oder Gummimaterial umspritzt wird. Hierdurch kann in einfacher Weise eine optimierte gewünschte Körpergeometrie des Spikekörpers vervollständigt und eine optimierte Einbettung des Spikekörpers in die umgebende Gummimatrix des Reifens ermöglicht werden. Dabei kann die Oberfläche des Spikekörpers, der mit der umgebenden Gummimatrix im Reifen in Kontakt steht, vergrößert ausgebildet und somit größere Haltekräfte übertragen werden. Der Halt der Spikes im Reifen kann somit verbessert werden. Darüber hinaus kann durch die hierdurch erzielte Füllung der offenporigen Abschnitte ein unerwünschtes Eindringen von Steinen und Sand in die gitter- bzw. skelettförmige Struktur im Betrieb zuverlässig verhindert werden. Beschädigungen des Spikes und vorzeitiger Spikepin- oder Spikeverlust kann somit noch besser verhindert werden. Darüber hinaus können auch Kunststoff- oder Gummi-Materialien mit geringerer Zug- oder Druckfestigkeit zur Herstellung des Spikes genutzt werden, da das Material durch die metallene Gitter- bzw. Skelettstruktur ausreichend gestützt und stabilisiert wird. Somit sind deutlich mehr Freiheiten zur Konstruktion und Umsetzung von Spikes und Spikereifen möglich.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 3, bei dem beim Umspritzen die offenen Poren der gitter- oder skelettförmigen Struktur zumindest teilweise - insbesondere vollständig - mit Kunststoff- oder Gummimaterial gefüllt werden. Durch die Füllung der offenen Poren kann besonders zuverlässig ein unerwünschtes Eindringen von Steinen und Sand in die gitter- bzw. skelettförmige Struktur im Betrieb verhindert werden. Beschädigungen des Spikes und vorzeitiger Spikepin- oder Spikeverlust kann somit noch zuverlässiger verhindert werden. Darüber hinaus können Kunststoff- oder Gummi-Materialien mit geringerer Zug- oder Druckfestigkeit zur Herstellung des Spikes genutzt werden, da das Material durch die metallene Gitter- bzw. Skelettstruktur ausreichend gestützt und stabilisiert wird. Somit sind deutlich mehr Freiheiten zur Konstruktion und Umsetzung von Spikes und Spikereifen möglich. Eine vollständige Füllung und Ummantelung ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen der Spike anschließend mittels eines Haftvermittlers in der umliegenden Gummimatrix des Reifens anvulkanisiert werden soll. Das Haftvermittlersystem muss nach Anwendung dieses Verfahrens nur auf die Materialpaarung aus Kunststoff- oder Gummimaterial des Spikekörpers und aus Gummimatrix des Reifens angepasst werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 4, wobei der Spikekörper mit einem Fußflansch und mit einem Oberteil ausgebildet ist, wobei der Fußflansch mit einer offenporigen gitter- oder skelettförmiger Struktur im Laserschmelzverfahren hergestellt wird. Der Fußflansch ist Spikeabschnitt mit dem üblicherweise größten Durchmesser und kommt beim Abrollen des Reifens nicht mit der Straßenoberfläche in Berührung. Somit kann besonders wirkungsvoll Gewicht des Spikes reduziert werden ohne die Griffeigenschaften des Spikes zu beeinträchtigen.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 5, wobei der gesamte Spikekörper mit Fußflansch und Oberteil mit einer offenporigen gitter- oder skelettförmiger Struktur im Laserschmelzverfahren hergestellt wird. Dies ermöglicht besonders leichte Ausführungen von Spikes.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 6, wobei die offenporige gitter- oder skelettförmiger Struktur des Spikekörpers zur Vervollständigung des Spikekörpers zunächst mit Kunststoff- oder Gummimaterial umspritzt wird und danach der Spikepin in den vervollständigten Spikekörper eingesetzt wird. Das Verfahren ermöglicht in einfacher Weise auch den Einsatz herkömmlicher zur Erzielung eines Presssitzes konisch zulaufender, nach unten hin verjüngten Spikepins. Somit kann in einfacher Weise auch die konventionelle Technik zum Zusammenbau von Spikepin und Spikekörper eingesetzt werden. Zusätzlicher Aufwand kann somit vermieden werden. Dabei können, soweit es die Elastizität des gewählten Spikekörpermaterials zulässt, auch Spikepins mit Hinterschnitten mit konventioneller Zusammenbautechnik in den Spikekörper eingebracht werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 7, wobei in die offenporige gitter- oder skelettförmiger Struktur des Spikekörpers zunächst der Spikepin eingesetzt und danach die offenporige gitter- oder skelettförmiger Struktur des Spikekörpers zur Vervollständigung des Spikekörpers mit Kunststoff- oder Gummimaterial umspritzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht auch zusätzliche Optionen für Konstruktion und Herstellung derartiger Spikes, deren Spikekörper Materialien mit geringer Bruchdehnung ausweisen. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren in einfacher Weise die Herstellung von Spikes mit Spikekörpern mit Hinterschnitten, beispielsweise zur Erzielung einer besonders festen Verankerung des Spikepins im Spikekörper.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung eines Spikes gemäß den Merkmalen von Anspruch 8, wobei der Spike einen Spikekörper und einen darin eingesetzten Spikepin aufweist, wobei der Spikekörper mindestens ein Fußteil und ein Oberteil aufweist. wobei der Spikekörper zumindest in Abschnitten mit offenporiger gitter- oder skelettförmiger Struktur aus einem ersten Metall ausgebildet ist, und wobei der Spikepin aus einem anderen Metall ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine entsprechend den unterschiedlichen Erfordernissen an Spikepin und Spikekörper im Betrieb individuell optimierte Ausbildung. Die Praxis hat gezeigt, dass Spikes, die eine ausreichende Spikegriffwirkung über die Lebensdauer aufweisen sollen, sinnvollerweise aus einem harten, besonders abriebfesten Spikepin und einem weicheren Spikekörper ausgebildet sind. Das Verfahren ermöglicht weiterhin den Einsatz von hartem, abriebfestem Material für den Spikepin. Für die Herstellung der gitter- oder skelettförmigen Struktur kann bei diesem Verfahren ein lediglich zur Erzielung des Haltes gut geeignetes Metall eingesetzt werden. Das Verfahren ermöglicht es, in einfacher Weise das Spikegewicht und damit Straßenbeschädigungen durch Ersatz von schwerem Metall im Spikekörper durch leichteres Kunststoff oder Gummimaterial zu reduzieren jedoch ohne auf gute, langlebige Spikegriffwirkung und somit auf gute, langlebige Winterperformance zu verzichten.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der in den 1 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigen
- 1 mit den 1a bis 1d eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Spikes mit Spikekörper und Spikepin, wobei
- 1a den Spike in Seitenansicht,
- 1b den Spike in Schnittdarstellung gemäß Schnitt Ib-Ib von 1a,
- 1c den Spike in Draufsicht gemäß Ansicht Ic-Ic von 1a und
- 1d den Spike in Draufsicht gemäß Ansicht Id-Id von 1a zeigt,
- 2 mit den 2a bis 2d eine schematische Darstellung eines im Laserschmelzverfahren hergestellten Gerippes eines Spikekörpers, wobei
- 2a das Gerippe in Seitenansicht,
- 2b das Gerippe in Schnittdarstellung gemäß Schnitt IIb- IIb von 2a,
- 2c das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht IIc-IIc von 2a und
- 2d das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht IId-IId von 2a zeigt,
- 3 mit den 3a bis 3d das Gerippe von 2 mit eingesetztem Spikepin, wobei
- 3a das Gerippe in Seitenansicht,
- 3b das Gerippe in Schnittdarstellung gemäß Schnitt IIIb-IIIb von 3a,
- 3c das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht IIIc-IIIc von 3a und
- 3d das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht IIId-IIId von 3a zeigt,
- 4 mit den 4a bis 4g den fertiggestellten Spike mit umspritztem und gefülltem Gerippe von 3, wobei
- 4a den Spike in Draufsicht,
- 4b den Spike in Schnittdarstellung gemäß Schnitt IVb-IVb von 4a,
- 4c den Spike in Draufsicht gemäß Ansicht IVc-IVc von 4a,
- 4d den Spike in Draufsicht gemäß Ansicht IVd-IVd von 4a,
- 4e den Spike in Schnittdarstellung gemäß SchnittIVe-IVe von 4c,
- 4f den Spike in Seitenansicht analog zur Darstellung von 4a, jedoch mit durchscheinend dargestellter Struktur des Gerippes und
- 4g den Spike in Schnittdarstellung gemäß Schnitt IVg-IVg der 4f zeigt,
- 5 mit den 5a bis 5d eine schematische zur Erläuterung des Ablaufs der Herstellung des Gerippes des Spikekörpers im Laserschmelzverfahren, wobei
- 5b die Schnittdarstellung gemäß Schnitt Vb-Vb von 5a und
- 5c die Draufsicht gemäß Ansicht Vc-Vc von 5a zeigt,
- 6 mit den 6a bis 6f die Darstellung einer alternativen Ausbildung eines im Laserschmelzverfahrens erzeugten Gerippes, wobei
- 6a das Gerippe in Draufsicht,
- 6b das Gerippe in Schnittdarstellung gemäß Schnitt VIb-VIb von 6a,
- 6c das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht VIc-VIc von 6b,
- 6d das Gerippe in Schnittdarstellung gemäß Schnitt VId-VId von 6c,
- 6e das Gerippe in Draufsicht gemäß Ansicht VIe-VIe von 6b und
- 6f das Gerippe in perspektivischer Darstellung zeigt,
- 7 mit den 7a bis 7f analog zu den Darstellungen der 6a bis 6f die Darstellung des Gerippes von 6 jedoch mit eingesetztem Spikepin,
- 8 mit den 8a bis 8f analog zu den Darstellungen der 7a bis 7f die Darstellung des mit durch Umspritzen und Ausfüllen der Hohlräume des Gerippes von 7 fertiggestellten Spikes,
- 9 mit den 9a bis 9e eine Darstellung einer Spritzform zur Erläuterung des Prozesses des Ummantelns bzw. Füllens des Gerippes in der Spritzform, wobei
- 9a die Spritzform im geöffneten Zustand in Seitenansicht,
- 9b die Form in Schnittdarstellung gemäß Schnitt IXb-IXb von 9a,
- 9c die Form in Seitenansicht gemäß Ansicht IXc-IXc von 9a,
- 9d die Form in Draufsicht gemäß Ansicht IXd-IXd von 9a und
- 9e die Form in Draufsicht gemäß Ansicht IXe-IXe von 9a zeigt,
- 10 mit den 10a bis 10e eine Darstellung der Spritzform von 9 zur Erläuterung des Prozesses des Ummantelns bzw. Füllens des Gerippes in der Spritzform, wobei 10 die Form in teilweise geschlossenen Zustand zeigt, wobei die 10a bis 10e die Form in analoger Darstellung zu den 9a bis 9e zeigen,
- 11 mit den 11a bis 11e eine Darstellung der Spritzform von 9 zur Erläuterung des Prozesses des Ummantelns bzw. Füllens des Gerippes in der Spritzform, wobei 11 die Form in teilweise geschlossenen Zustand mit eingesetztem Gerippe zeigt und die 11a bis 11e die Form in analoger Darstellung zu den 9a bis 9e zeigen,
- 12 mit den 12a bis 12e eine Darstellung der Spritzform von 9 zur Erläuterung des Prozesses des Ummantelns bzw. Füllens des Gerippes in der Spritzform, wobei 12 die Form in geschlossenen Zustand mit eingesetztem Gerippe zeigt und die 12a bis 12e die Form in analoger Darstellung zu den 9a bis 9e zeigen,
- 13 mit den 13a bis 13e eine Darstellung der Spritzform von 9 zur Erläuterung des Prozesses des Ummantelns bzw. Füllens des Gerippes in der Spritzform, wobei 13 die Form im gefüllten Zustand zeigt und die 13a bis 13e die Form in analoger Darstellung zu den 9a bis 9e zeigen, und
- 14 einen Umfangsabschnitt eines Fahrzeugluftreifens in Draufsicht mit erfindungsgemäß ausgebildeten Spikes.
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1 zeigt die schematische Ausbildung eines Spikes 1 mit Spikekörper 2 und mit einem in den Spikekörper 2 eingesetzten Spikepin 3. Der Spikekörper 2 ist - wie in 1 zu erkennen ist - längs der axialen Erstreckung von unten nach oben mit einem breiten Spikefuß 2a und mit einem rotationssymmetrischen Spikeoberteils 2c ausgebildet.
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Zwischen dem im rotationssymmetrischen Spikefuß 2a, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Spikeoberteils, ist in bekannter Weise ein rotationssymmetrisches, tailliertes Mittelteil 2b ausgebildet. Der Spike 1 ist an seiner das Spikeoberteil 2c nach oben begrenzenden Stirnfläche mit einer Aufnahmeöffnung ausgebildet, in welche ein in herkömmlicher Weise konisch ausgebildeter Spikepin 3 eingepresst ist. Der Spikepin 3 ist in Achsrichtung des Spikes nach oben hin von einer zum Abrollen ausgebildeten kuppelförmigen Erhebung begrenzt und bildet zwischen der konischen Fläche und der kuppelförmigen Erhebung eine umlaufend um den Spikepin 3 erstreckt ausgebildete Griffkante 3a oberhalb des Spikekörpers 2. Der Spikefuß 2a, das Mittenteil 2b und der Spikeoberteil 2c sind längs ihrer Erstreckung in den Schnittebenen senkrecht zur Spikeerstreckungsachse mit kreisförmiger, ovaler oder elliptischer Querschnittskontur ausgebildet.
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Der Spikekörper ist - wie in den 2, 3 und 4 dargestellt ist - aus einem käfigförmigen Gerippe 4 aus Metall ausgebildet. Das Metall ist eine bekannte Stahl-, Titan-, Aluminium-Legierung oder eine andere, bekannte geeignete Legierung, die einen hohen E-Modul von E > 40GPa aufweist und im Sinter-Laser-Melting-Verfahren (SLM-Verfahren) bearbeitbar ist. Das käfigförmige Gerippe 4 ist aus miteinander verbundenen, gekrümmten Gerippeabschnitten 4a und gradlinigen Gerippeabschnitten 4b, 4c und 4d ausgebildet. Die Gerippeabschnitte 4b und 4c erstrecken sich im Wesentlichen längs der Erstreckungsachse des Spikes 1. Die Gerippeabschnitte 4a und 4d erstrecken sich in senkrecht zur Längserstreckungsachse des Spikes 1 ausgebildeten Ebenen. Dabei sind jeweils zwei Gerippeabschnitte 4a an ihren Erstreckungsenden durch einen Gerippeabschnitt 4d miteinander verbunden. Zwei Gerippeabschnitte 4a und zwei Gerippeabschnitte 4d bilden dabei ein ringförmig um die Erstreckungsachse des Spikes 1 erstrecktes Gebilde. Auf diese Weise sind längs der Erstreckung des Spikes 1 in mehreren senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Spikes 1 ausgebildeten Ebenen jeweils derartige aus Gerippeabschnitten 4a und 4d gebildete ringförmige um die Spikeachse erstreckte Abschnitte des Gerippes 4 ausgebildet, welche durch die Abschnitte 4c in Erstreckungsrichtung des Spikes 1 miteinander verbunden werden. Im unteren Abschnitt des Spikes ist dabei ein einzelner großer Ring 4e ausgebildet, dessen Gerippeabschnitte 4a zusätzlich durch eine parallel zu den Streben 4d ausgebildete Strebe verbunden sind. Darüber hinaus sind in dieser Ebene (Ringebene) des Rings 4e auch die Streben 4d durch eine weitere Strebe - wie in 2d zu erkennen ist - mittig miteinander verbunden. Im Ring 4e bilden somit die beiden zusätzlichen Streben eine kreuzförmige Ausbildung.
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Diese käfigförmige Struktur des Gerippes 4 ist dabei in ihren oberhalb der kreuzförmig versteiften, unteren Ebene des Rings 4e angeordneten, verschiedenen ringförmigen Ebenen mit derartigen Ringdurchmessern ausgebildet, dass - wie in 3a bis 3d zu erkennen ist - ein in herkömmlicher Weise aus Hartmetall hergestellter Spikepin 3 konzentrisch zu den Ringen durch diese Ringe hindurch in das Gerippe 4 eingefügt werden kann und unter klemmendem Berührkontakt zwischen den Streben 4b befestigt wird.
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Im Anschluss daran wird - wie in den 4a bis 4g der 4 dargestellt ist - das Gerippe 4 mit bekanntem Kunststoff oder Gummimaterial 7 umspritzt und dabei die im Gerippe ausgebildeten Hohlräume mit dem Kunststoff bzw. Gummimaterial 7 vollständig gefüllt. Beim Umspritzen wird die Außenkontur des Spikekörpers 2 ausgeformt. Diese entspricht der Form des gewünschten Spikekörpers 2 - wie er beispielsweise in den 1a bis 1d dargestellt ist. Der Spike 1 ist auf diese Weise fertig gestellt.
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Wie in den 2bis 4 dargestellt ist, ist in einer Ausführung das Fußteil 2a des Spikekörpers an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ausgebildet.
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In 5a bis 5d ist das Herstellungsverfahren für das Gerippe 4 dargestellt. Danach wird das Gerippe 4 in einem Laserschmelzverfahren (selective laser melting-SLM) schichtweise aufgebaut. Dazu wird zunächst ein CAD-Modell 8 bereitgestellt, beispielsweise durch entsprechendes Einlesen einer dreidimensionalen Gerippegeometrie in eine Verarbeitungseinheit 12. Die Verarbeitungseinheit 12 unterteilt das CAD-Modell 8 - beispielsweise mit einer Software - in mehrere übereinanderliegende CAD-Schichten 8.i, mit i=1, 2,..., in den das CAD-Modell 8 beispielsweise in einer Querrichtung Q, d. h. horizontal in mehrere Schichten zerschnitten wird.
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Zum Herstellen der vorab eingelesenen Gerippegeometrie steuert die Verarbeitungseinheit 12 einen Laser 9 derartig, dass ein Laserstrahl 10 des Lasers 9 auf eine Materialschicht 11.i, i =1,2,.. fokussiert wird, wobei der Laserstrahl 10 auf beliebige Positionen auf der Materialschicht 11.i fokussiert werden kann.
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Die Materialschichten 11.i werden dazu aus einem pulverförmigen metallischen Material, beispielsweise eine Stahl-, Titan-, Aluminium-Legierung oder eine andere geeignete Legierung bereitgestellt. Das pulverförmige Material wird in dem Herstellungsverfahren schichtweise auf eine Plattform 13 aufgebracht, d. h. als eine erste Materialschicht 11.1 wird das pulverförmige Material beispielsweise direkt auf die Plattform 13 aufgebracht. Die zweite Materialschicht 11.2 liegt auf der ersten Materialschicht 11.1, die dritte Materialschicht 11.3 auf der zweiten Materialschicht 11.2, alle weiteren Materialschichten 11.i folgen sukzessive. Nachdem eine Materialschicht 11.i aufgebracht wurde, wird zunächst der Laserstrahl 10 auf vorher definierte Positionen auf die Materialschicht 11.i fokussiert, wobei sich die zu fokussierenden Positionen nach den CAD-Schichten 8.i richten. Für die erste Materialschicht 11.1 ist demnach die erste CAD-Schicht 8.1 relevant, usw.
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Wird der Laserstrahl 10 auf eine Position auf der entsprechenden Materialschicht 11.i fokussiert, so wird das pulverförmige Material an dieser Position umgeschmolzen. Wird der Laserstrahl 10 an die nächste Position gefahren, kühlt das umgeschmolzene Material ab und verfestigt sich dadurch. Somit kann durch Anfahren mehrerer Positionen auf eine Materialschicht 11.i ein verfestigtes, geometrisches Objekt in der jeweiligen pulverförmigen Materialschicht geformt werden, wobei das geometrische Objekt der Geometrie der jeweiligen CAD-Schicht 8.i entspricht. Ist die entsprechende CAD-Schicht 8.i in der Materialschicht 11.i geformt, so wird die nächste pulverförmige Materialschicht 11.i aufgebracht und in diese die entsprechend nächste CAD-Schicht 8.i geformt. Somit kann durch sukzessives Aufbringen und Bearbeiten der Materialschichten 11.i ein einteiliges Gerippe 4 ausgebildet werden, der dem vorher eingelesenen CAD-Modell 8 entspricht. Das einteilige Gerippe 4 wird von den umgebenen nicht verschmolzenen metallischen Pulvers, beispielsweise durch Ausblasen des Pulvers befreit und entspricht dem in den 2a bis 2d dargestellten und beschriebenen Gerippe 4.
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In den 9 bis 13 sind die verschiedenen, nacheinander folgenden Schritte zur Ummantelung und Füllung des mit Spikepin 2 bestückten Gerippes 4 von 3 mithilfe von Kautschuk oder Kunststoffmaterial zur Erzeugung der in den 4 dargestellten Spikes 1 schematisch dargestellt.
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Diese Ummantelung und Füllung sowie Ausformung der Spikekörperkontur erfolgt dabei beispielsweise in einer Formmulde bekannter Art mit Oberschale 14 und Unterschale 17, welche - wie in 9a dargestellt ist - in Spikeerstreckungsrichtung übereinander positioniert sind. Die Oberschale 14 kann gesteuert von der Unterschale 21 durch Anheben entfernt und durch Absenken auf diese zubewegt werden. An der zur Unterschale 17 weisenden Stirnfläche der Oberschale 14 sind Seitenschalen 15 und 16 in bekannter Weise aufeinander zu und voneinander weg bewegbar gelagert. In der Oberschale 14 ist auf deren Unterseite eine Form 20 zur Aufnahme und Befestigung der Spitze des Spikepins ausgebildet. In den beiden Formschalen 15 und 16 ist korrespondierend zur Position mit der Form 20 jeweils einer Formhälfte 19 und in der Unterschale 17 in korrespondierender Position eine Form 21 ausgebildet.
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In geschlossenem Zustand der Formmulde, in welchem die Seitenschalen 15 und 16 in ihre Ausformposition bis in Berührkontakt aufeinander zubewegt und die Oberschale 14 nach unten auf die Unterschale 17 abgesenkt ist, bilden die Formen 19 und 20 die Oberflächenkontur des Spikekörpers 2a unterhalb der Spikespitze die Form 21 die Oberflächenkontur der vom Spike 1 weisenden Stirnfläche des Spikefußes 2a.
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Die 9a bis 9e zeigen die Formmulde in offenem und noch ungefülltem Zustand. Zur Herstellung werden die beiden Seitenschalen 15 und 16 gesteuert aufeinander zubewegt und geschlossen. Die 10a bis 10e zeigen die Formmulde in diesem teilweise geschlossenen Zustand, aber noch ohne eingesetztes, mit Spikepin 3 bestücktes Gerippe 4. Zur Herstellung wird dann das gemäß 3 mit Spikepin 3 bestückte Gerippe 4 mit der Spitze 3a des Spikepins 3 in der Form 20 konzentrisch zur Formachse befestigt. Dieser Zustand ist in den 11a bis 11e dargestellt. Anschließend wird die Oberschale 14 gesteuert soweit abgesenkt, bis sie in Berührkontakt zur Unterschale 17 kommt und die Formmulde somit geschlossen ist. Dieser Zustand ist in den 12a bis 12e dargestellt. Im Anschluss daran wird - beispielsweise mithilfe von in der Formmulde ausgebildeten Einspritzkanälen 24 - in bekannter Weise - plastisch verformbares Kunststoff- oder Kautschukmaterial in die zwischen den Formen 19,20 und 22 gebildeten Hohlraum eingespritzt. Dabei werden das Gerippe 4 und der Spikepin 3 innerhalb des Hohlraums der Formmulde vollständig von dem eingespritzten Material ummantelt und alle im Gerippe 4 gebildeten Hohlräume ausgefüllt. Dieser Zustand ist in den 13a bis 13e dargestellt. Dabei ist beispielhaft in einer Seitenschale16 ein Einspritzkanal 24 eingezeichnet.
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In bekannter Weise wird das eingespritzte Kunststoff- bzw. Kautschukmaterial verfestigt. Dies erfolgt beispielsweise durch Abkühlen des Kunststoffmaterials oder durch Vulkanisation des eingespritzten Kautschukmaterials.
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Nach gesteuertes Öffnen der Form durch Anheben der Oberschale 14 und anschließendes seitliches Entfernen der Seitenschalen 15 und 16 kann der Spike 1 aus der Form 20 gelöst und zum Einsatz im Fahrzeugluftreifen bereitgestellt werden.
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Die 6a bis 6f zeigen ein Gerippe 4, welches analog zu dem in den 2a bis 2d dargestellten Gerippe 4 ausgebildet jedoch mit einer etwas abweichenden, gitterförmigen Struktur versehen ist. So sind beispielsweise zwischen unterer Ebene 4e und einer mittleren Ebene in Spikeerstreckungsrichtung Streben 4c ausgebildet, welche längs ihrer Erstreckung konkav gekrümmt sind. Auch bei diesem Gerippe 4 wird durch die in verschiedenen Ebenen durch Streben gebildete Ringe, die zwischen den Ebenen durch Streben verbunden sind, der Spikepin 3 eingeführt und befestigt, wie in den 7a bis 7f dargestellt ist.
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In den 7a bis 7f ist auch eine weitere alternative Ausführung des Spikepins 3 dargestellt, bei welcher der Spikepin 3 zusätzlich vorab mit einer dünnen Schicht 23 ummantelt ist. Die Schicht 23 ist beispielsweise ein Überzug aus Zinn zur besseren Anbindung an das Kunststoffmaterial des Spikekörpers 2.
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Auch das mit Spikepin 3 bestückte Gerippe 4 der 7a bis 7f wird nach der Bestückung - wie oben dargestellt - zur Vervollständigung des Spikekörpers 2 und des Spikes 1 mit Kunststoffmaterial oder Kautschukmaterial gefüllt und ummantelt. Bei der Füllung und Ummantelung wird die Außenform des Spikekörpers 2 erzeugt. Der so gefertigte Spike ist in den 8a bis 8f dargestellt.
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14 zeigt das Laufstreifenprofil eines Fahrzeugluftreifens eines Personenkraftwagens oder Vans, bei welchem in bekannter Weise in der radial äußeren Oberfläche des Laufstreifenprofils in Profilblockelementen ausgebildeten Spikelöchern jeweils ein - wie oben dargestellt und beschriebener - Spike 1 befestigt ist.
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In anderer, nicht dargestellter Ausführung wird nach Herstellung des Gerippes 4 statt des Spikepins 3 ein Ausformdorn im Gerippe 4 befestigt. Dieser Zustand entspricht den in den 3 bzw. 7 dargestellten Ausführungen, jedoch ist anstelle des dort eingezeichneten Spikepins 3 der Ausformdorn eingefügt. Anschließend wird das mit dem Ausformdorn bestückte Gerippe 4 - wie oben beschrieben - in einer Formmulde analog zur Darstellung der 9 bis 13 mithilfe des Ausformdornes befestigt und anschließend mit Kautschuk oder Kunststoffmaterial umhüllt und gefüllt. Aus dem so gefüllten und umhüllten Spikekörper 2 wird anschließend der Ausformdorn entfernt. Danach wird der eigentliche Spikepin 3 in herkömmlicher Weise in die durch den Ausformdorn erzeugte Öffnung eingepresst.
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Bezugszeichenliste
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(Teil der Beschreibung)
- 1
- Spike
- 2
- Spikeköper
- 3
- Spikepin
- 4
- Gerippe
- 5
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- 6
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- 7
- Kunsstoff- oder Gummimaterial
- 8
- CAD-Modell, 8.i CAD-Schichten
- 9
- Laser
- 10
- Laserstrahl
- 11
- 11.i Materialschichten
- 12
- Verarbeitungseinheit
- 13
- Plattform
- 14
- Oberschale
- 15
- Seitenschale
- 16
- Seitenschale
- 17
- Unterschale
- 18
- Formeinrichtung
- 19
- Aufnahmeeinrichtung
- 20
- Form
- 21
- Form
- 22
- Form
- 23
- Ummantelung
- 24
- Einspritzkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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