DE102018204117A1

DE102018204117A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Leiterstruktur für ein Reifenbauteil eines Fahrzeugreifens

Info

Publication number: DE102018204117A1
Application number: DE102018204117.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Winkler; René Peters; Johanna Weber
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-09-19

Abstract

Um ein ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Infrastruktur im Fahrzeugreifen bereit gestellt werden kann, um einzelne Sensoren untereinander oder mit einer Zentraleinrichtung zu verbinden,wird ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgeschlagen:a) Bereitstellen eines Reifenbauteiles,b) Bereitstellen einer Spritzgussform (4) für Gummiformteile,c) Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Gummimischung für die Spritzgussform (4),d) Einpressen der elektrisch leitfähigen Gummimischung in die Spritzgussform (4), wobei in der Spritzgussform (4) eine elektrisch leitfähige Leiterstruktur (2) mit mindestens einem Gummifilament (1) geformt wird,e) Aufbringen der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (2) auf ein Reifenbauteil, wobei mit der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (4) elektrische Bauteile (7, 9, 10) im Fahrzeugreifen miteinander verbunden werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Leiterstruktur für ein Reifenbauteil eines Fahrzeugreifens.
Reifenmodule werden im Reifen für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Zu den Aufgaben gehören z.B. eine Luftdrucküberwachung oder eine Temperaturmessung im Reifen. Moderne Reifenmodule umfassen ein Elektronikmodul, in dem Sensorelemente und andere elektronische Bauteile angeordnet sind. Ein Beispiel für ein solches Reifenmodul offenbart die DE 102 43 441 A1 .
Bei herkömmlichen Fahrzeugreifen, die beispielsweise mit einem Reifendruckkontrollmesssystem ausgestattet sind, ist es bislang nicht möglich, das Reifendruckkontrollsystem mit weiteren Sensoren im Reifen zu verbinden. Hierzu fehlt eine Infrastruktur, um die Sensoren im Reifen miteinander zu verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Infrastruktur im Fahrzeugreifen bereit gestellt werden kann, um einzelne Sensoren untereinander oder mit einer Zentraleinrichtung zu verbinden.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines Reifenbauteiles,
b) Bereitstellen einer Spritzgussform für Gummiformteile,
c) Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Gummimischung für die Spritzgussform,
d) Einpressen der elektrisch leitfähigen Gummimischung in die Spritzgussform, wobei in der Spritzgussform eine elektrisch leitfähige Leiterstruktur mit mindestens einem Gummifilament geformt wird,
e) Aufbringen der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur auf ein Reifenbauteil, wobei mit der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur elektrische Bauteile im Fahrzeugreifen miteinander verbunden werden können.

Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit dem Verfahren einzelne Reifenbauteile eines Fahrzeugreifens auf einfache Weise mit einer Infrastruktur versehen werden können, um einzelne Sensoren untereinander oder mit einer Zentraleinheit, beispielsweise in Form eines Reifenmoduls auf der Reifeninnenseite, miteinander zu verbinden. Es können an diese Leiterstruktur aus elektrisch leitfähigen Gummimaterial auf einfache Weise einzelne Sensoren und ein Reifenmodul mit einer zentralen Funktion angeschlossen werden. Die Leiterbahnen dienen entweder für eine Energieversorgung der Sensoren oder für eine Signalübertragung.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Leiterstruktur mit dem Spritzgussverfahren einfach und mit einer hohen Präzision hergestellt werden kann. Mit einer entsprechenden Spritzgussform lässt sich außerdem die Leiterstruktur so ausbilden, wie später im Fahrzeugreifen benötigt wird, um einzelne Sensoren optimal miteinander zu verbinden. Außerdem besitzen die Gummibauteile den Vorteil, dass sie dauerfest sind und den elastischen Verformungen des Fahrzeugreifens folgen können, ohne dass sie aufgrund einer Ermüdung zerstört werden. Die Gummifilamente stellen ebenfalls keinen Fremdkörper für den Fahrzeugreifen dar, da sie ebenfalls aus Gummimaterial bestehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) in der Spritzgussform einzelne elektrische Bauteile angeordnet sind,
wobei die Bauteile beim Spritzgussprozess direkt mit der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur verbunden werden.
Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, die elektrischen Bauteile später mit den Gummifilamenten der Leiterstruktur zu verbinden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) die Anschlüsse der elektrischen Bauteile einen leitfähigen Haftvermittler aufweisen.
Dadurch wird eine optimale elektrische Verbindung zwischen dem Gummifilament und dem elektrischen Bauteil erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) die Anschlüsse der elektrischen Bauteile mit einer an Gummi anbindenden Metallschicht beschichtet sind.
Die Anschlüsse der elektrischen Bauteile könnten beispielsweise aus Messing bestehen oder aber mit einer Messingschicht beschichtet sein. Dadurch wird eine optimale Haftung zwischen dem Gummi und dem Anschluss gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) Teile der Leiterstruktur in Form eines Sensorelementes mit einem Gummifilament ausgebildet werden.
Ein Teil eines Gummifilamentes könnte beispielsweise in Form eines Dehnungsmessstreifens ausgebildet sein. Durch eine Dehnung des Gummifilamentes und des umgebenden Reifenmaterials ändert sich der elektrische Widerstand in diesem Bereich. Über die Veränderung des elektrischen Widerstandes kann dann auf die entsprechende Materialdehnung des Gummifilamentes zurückgeschlossen werden. Eine andere Alternative besteht darin, die Gummifilamente in Form eines Verschleißsensors auszubilden. Bei dem Verschleißsensor sind z.B: einzelne Gummifilamente in Form von parallel geschalteten Widerständen ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorelement mit dem Gummifilament zur Messung einer Materialdehung eingesetzt wird.
Mit diesem Sensorelement lassen sich Verformungen im Reifen auf einfache Weise erfassen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) ein einstufiger Zweikomponenten-Spritzguss oder ein zweistufiger Zweikomponenten-Spritzguss eingesetzt wird,
wobei die Leiterstruktur auf einer Unterplatte aus einer nicht leitfähigen Gummimischung gebildet wird.
Die Leiterstruktur mit der angebundenen Unterplatte lässt sich einfacher auf einem Reifenbauteil anordnen. Außerdem bietet die Unterplatte einen zusätzlichen Schutz für die Gummifilamente.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) ein einstufiger Zweikomponenten-Spritzguss oder ein zweistufiger Zweikomponenten-Spritzguss eingesetzt wird,
wobei die Leiterstruktur zwischen einer Unterplatte und einer Oberplatte aus einer nicht leitfähigen Gummimischung gebildet wird.
Dadurch ist die Leiterstruktur auf der Oberseite und der Unterseite mit einer Unterplatte und einer Oberplatte geschützt. Außerdem lässt sich die Leiterstruktur mit Unterplatte und Oberplatte einfacher auf ein Reifenbauteil anordnen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) die Leiterstruktur, die Unterplatte und/ oder Oberplatte teilweise oder vollständig ausvulkanisiert wird.
Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Leiterstruktur nach dem Spritzgussprozess nicht weiter verformt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) Gummifilamente mit einem Druchmesser von ca. 1 bis 3 mm geformt werden.
Bei diesem Außendurchmesser besitzen die Gummifilamente eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, um Messsignale sicher übertragen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Leiterstruktur mit den Gummifilamenten am fertigen Reifenrohling erfolgt, wobei die Leiterstruktur auf eine Reifeninnenseite aufgebracht wird.
Das Aufbringen auf die Reifeninnenseite des Fahrzeugreifens lässt sich einfach umsetzen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Leiterstruktur mit den Gummifilamenten bei der Vormaterialherstellung des Reifenbauteils erfolgt.
Es ist beispielsweise möglich, die Leiterstruktur direkt nach der Herstellung der Reifeninnenseite bzw. des Reifeninnerliners auf dieses Reifenbauteil aufzubringen. Dadurch wird die Zykluszeit an den Reifenbaumaschinen nicht beeinträchtigt.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

1: ein Ausführungsbeispiel mit einer Spritzgussform

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel.
Die Spritzgussform 4 ist schematisch in einer offenen Seitenansicht dargestellt. Eine elektrisch leitfähige Gummimischung zur Bildung der Leiterstruktur 2 wird über die Zufuhr 5 in die Spritzgussform 4 unter hohem Druck eingepresst. Die Spritzgussform 4 weist entsprechende Kanäle zur Bildung der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur 2 auf. In diesen Kanälen werden die elektrischen Gummifilamente 1 gebildet. Das Gummifilament 1 kann mehrere Verästelungen aufweisen, die jeweils an unterschiedlichen elektronischen Bauteilen enden. Das Bauteil 10 ist beispielsweise ein Sensor für eine Temperaturmessung. Das Bauteil 9 kann eine Spannungsquelle in Form einer Batterie sein. Bei dem Bauteil 7 kann es sich um einen Mikrocomputer handeln, der die Daten der angeschlossenen Sensoren erfasst. Der elektrische Anschluss 11 für den Mikrocomputer 7 ist schematisch dargestellt und besteht beispielsweise aus Messing. Messingmaterial hat den Vorteil, dass eine gute Anbindung zwischen Gummimaterial und dem elektrischen Anschluss gewährleistet werden kann. Bei dem Bauteil 8 handelt es sich um ein Sensorelement, welches aus Teilen des Gummifilamentes gebildet wird. Bei diesem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Dehnungssensor handeln, bei dem die elektrische Leitfähigkeit des Gummifilamentes gemessen wird. Die elektrisch leitfähige Leiterstruktur 2 wird über einen Zweikomponentenspritzguss direkt an eine Unterplatte 3 aus einer nicht elektrisch leitfähigen Gummimischung angeordnet. Die elektrisch leitfähige Gummimischung wird über die Zufuhr 6 in die Spritzgussform 4 hineingepresst. Durch den Zweikomponentenspritzguss wird die Leiterstruktur 2 direkt auf der Unterplatte 3 stoffschlüssig angebunden. Bei einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird die Konstruktion aus Unterplatte und Leiterstruktur auf ein Reifenbauteil aufgebracht. Das Aufbringen kann beispielsweise bei der Vormaterialherstellung für das Reifenbauteil erfolgen.
Bezugszeichenliste
(ist Teil der Beschreibung)

1: Elektrisch leitfähiges Gummifilament
2: Elektrisch leitfähige Leiterstruktur
3: Unterplate aus nicht leitfähigen Gummimaterial
4: Spritzgussform
5: Zufuhr von elektritsch leitfähiger Gummimischung zur Bildung der Leiterstruktur
6: Zufuhr von nicht elektritsch leitfähiger Gummimischung zur Bildung der Unterplatte
7: Mikrocomputer
8: Sensorelement mit Gummifilament zur Messung der Materialdehnung
9: Batterie
10: Sensor (z.B. Temperatursensor)
11: Elektrischer Anschluss für elektrisches Bauteil (aus Messing)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10243441 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (2) für ein Reifenbauteil eines Fahrzeugreifens mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Reifenbauteiles, b) Bereitstellen einer Spritzgussform (4) für Gummiformteile, c) Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Gummimischung für die Spritzgussform (4), d) Einpressen der elektrisch leitfähigen Gummimischung in die Spritzgussform (4), wobei in der Spritzgussform (4) eine elektrisch leitfähige Leiterstruktur (2) mit mindestens einem Gummifilament (1) geformt wird, e) Aufbringen der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (2) auf ein Reifenbauteil, wobei mit der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (4) elektrische Bauteile (7, 9, 10) im Fahrzeugreifen miteinander verbunden werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) in der Spritzgussform (4) einzelne elektrische Bauteile (7, 9, 10) angeordnet sind, wobei die Bauteile beim Spritzgussprozess direkt mit der elektrisch leitfähigen Leiterstruktur (2) verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Anschlüsse (11) der elektrischen Bauteile (7) einen leitfähigen Haftvermittler aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Anschlüsse (11) der elektrischen Bauteile (7) mit einer an Gummi anbindenden Metallschicht beschichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) Teile der Leiterstruktur (2) in Form eines Sensorelementes (8) mit einem Gummifilament ausgebildet werden .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) mit dem Gummifilament zur Messung einer Materialdehung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) ein einstufiger Zweikomponenten-Spritzguss oder ein zweistufiger Zweikomponenten-Spritzguss eingesetzt wird, wobei die Leiterstruktur (2) auf einer Unterplatte (3) aus einer nicht leitfähigen Gummimischung gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) ein einstufiger Zweikomponenten-Spritzguss oder ein zweistufiger Zweikomponenten-Spritzguss eingesetzt wird, wobei die Leiterstruktur (2) zwischen einer Unterplatte (3) und einer Oberplatte aus einer nicht leitfähigen Gummimischung gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Leiterstruktur (2), die Unterplatte (3) und/ oder Oberplatte teilweise oder vollständig ausvulkanisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) Gummifilamente (1) mit einem Durchmesser von ca. 1 bis 3 mm geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Leiterstruktur (2) mit den Gummifilamenten (1) am fertigen Reifenrohling erfolgt, wobei die Leiterstruktur (2) auf eine Reifeninnenseite aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Leiterstruktur (2) mit den Gummifilamenten (1) bei der Vormaterialherstellung des Reifenbauteils erfolgt.