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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugreifens, der einen eine Lauffläche des Fahrzeugreifens bereitstellenden Laufstreifen und eine Vielzahl von Spikes aufweist, von denen jeder von dem Laufstreifen vorsteht und einen Endabschnitt hat, der in dem Laufstreifen angeordnet ist und mit dem der jeweilige Spike in dem Laufstreifen befestigt ist, sowie einen entsprechenden Fahrzeugreifen.
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Es ist bekannt, Fahrzeugreifen, wie zum Beispiel pneumatische oder nichtpneumatische Fahrzeugreifen, mit Spikes zu versehen, um die Bodenhaftung des Reifens in bestimmten Gelände und bei bestimmten Witterungsbedingungen, wie insbesondere Schnee oder Eis, zu verbessern.
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Die Herstellung von Reifen kann dabei beispielsweise insbesondere durch Erzeugen von Reifeneinzelteilen mit Hilfe von Extrusions-, Kalandrier- und Schneidprozessen sowie der nachfolgenden Konfektion der Reifeneinzelteile zu Karkassen, die z.B. eine Innenschicht, eine Einlage, Kerne und Seitenwände aufweisen, und Laufstreifenpaketen, die z.B. einen Gürtel, eine Bandage und einen Laufstreifen aufweisen, sowie der nachfolgenden Kombination von Karkasse und Laufstreifenpaket in einer Bombierstation erfolgen. Der so erzeugte grüne Reifen wird dann in einem formgebenden Prozess vulkanisiert und erhält so seine charakteristischen Profile des Laufstreifens und der Seitenwände. Für den späteren Einsatz von Spikes werden der Heizform sogenannten Moldpins hinzugefügt. Diese sorgen für Hohlräume in einzelnen Profilblöcken des Laufstreifens. In diese Hohlräume werden nach dem Heizen Spikes eingebracht, indem sie beispielsweise eingeschossen werden.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei mit Spikes versehenen Fahrzeugreifen zu Problem bei der Haltbarkeit kommen kann. Insbesondere besteht die Gefahr, dass die Spikes nur unzureichend mit dem umgebenden Material des Laufstreifens, das insbesondere ein Gummimaterial sein kann, verbunden sind und dass es zu Inhomogenitäten des Laufstreifens kommt. Es kann daher zu Beschädigungen des Laufstreifens und/oder dazu kommen, dass sich die Spikes von Laufstreifen bzw. Fahrzeugreifen lösen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Spikes versehenen Fahrzeugreifens, das einfach und kostengünstig durchzuführen ist und durch das Fahrzeugreifen mit einer verbesserten Haltbarkeit hergestellt werden können, und einen entsprechenden Fahrzeugreifen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Fahrzeugreifen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugreifens vorgesehen, der einen eine Lauffläche des Fahrzeugreifens bereitstellenden Laufstreifen und eine Vielzahl von Spikes aufweist, die bevorzugt eine gerade Längsachse haben. Jeder der Spikes steht von dem Laufstreifen - zum Beispiel in radialer Richtung des Fahrzeugreifens - vor und hat einen Endabschnitt, der in dem Laufstreifen angeordnet ist und mit dem der jeweilige Spike in dem Laufstreifen befestigt ist.
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Bei dem Verfahren werden zumindest eine Vielzahl voneinander beanstandeter Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe eines additiven Herstellungsverfahrens, wie zum Beispiel einem 3D-Druckverfahren, hergestellt. Jeder dieser Abschnitte des Laufstreifens stellt einen Teil der Lauffläche bereit, d.h. dass sich jeder der Abschnitte bis zur Lauffläche erstreckt bzw. dass jeder der Abschnitte eine Oberfläche aufweist, die ein Teil der Lauffläche ist. Dabei ist es möglich, dass der gesamte Laufstreifen oder eine an die gesamte Lauffläche angrenzende Oberflächenschicht des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt wird. Alternativ ist es möglich, dass nur die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Letzteres kann insbesondere bei aus einem Gummimaterial hergestellten Laufstreifen bevorzugt nach dem Vulkanisieren des noch nicht die Abschnitte aufweisenden Laufstreifens in einer Heizform erfolgen.
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In jedem Fall wird jeder der Spikes mit seinem Endabschnitt in einem der Abschnitte des Laufstreifens angeordnet und an diesem befestigt. Dabei kann jeder Spike einem anderen der Abschnitte des Laufstreifens zugeordnet sein, so dass sich von jedem der Abschnitte nur einer der Spikes nach außen erstreckt. Es ist aber auch möglich, dass an einem, mehreren oder allen der Abschnitte des Laufstreifens jeweils zwei oder mehr Spikes befestigt sind.
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Dieses Verfahren ist sehr einfach und kostengünstig durchführen. Es erlaubt eine Automatisierung des gesamten Verfahrens, eine hohe Flexibilität und Anpassung bei der Ausgestaltung der Spikes und der Anordnung der Spikes in dem Laufstreifen. Dadurch lässt sich die Verbindung zwischen den Spikes und dem Laufstreifen erhöhen und zudem die Materialhomogenität steigern. Somit können Fahrzeugreifen mit verbesserter Haltbarkeit hergestellt werden. Außerdem erlaubt das Verfahren das nachträgliche Ausstatten eines Fahrzeugreifens mit Spikes. Ferner ist eine Kombination mit Laufstreifensensoren möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden in einem ersten Schritt die Vielzahl von Spikes bereitgestellt, die dann in beliebiger Weise hergestellt werden bzw. hergestellt worden sein können, und die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens in der Weise hergestellt, dass sie jeweils einen oder mehrere sich in die Lauffläche öffnende Hohlräume aufweisen. Anschließend wird in einem zweiten Schritt in jeden dieser Hohlräume der Endabschnitt eines der Spikes eingebracht, zum Beispiel durch Einschießen.
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In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform werden in einem ersten Schritt wieder die Vielzahl von Spikes bereitgestellt, da dann ebenfalls in beliebiger Weise hergestellt werden bzw. hergestellt worden sein können, und so positioniert, dass ihre Position der Position in dem herzustellenden Fahrzeugreifen entspricht. Anschließend werden die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens um die Endabschnitte der Spikes herum hergestellt.
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In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform werden die Vielzahl von Spikes bei der Herstellung der Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens ebenfalls mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Mit anderen Worten werden die Spikes zusammen mit den Abschnitten des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt.
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In den letzteren beiden der drei genannten alternativen Ausführungsformen ist es ferner bevorzugt, dass der Endabschnitt von jedem der Spikes einen - bevorzugt an seinem von dem Rest des Spikes abgewandten äußeren Ende, d.h. seinem freien Ende - quer und bevorzugt senkrecht zur Erstreckungsrichtung bzw. der axialen Richtung bzw. Längsachse des Spikes nach außen vorstehenden Vorsprung aufweist. Dieser Vorsprung kann insbesondere in Form eines radial vorstehenden umlaufenden Flansches ausgebildet sein. In jedem Fall bewirkt der Vorsprung eine zusätzliche Verankerung des Endabschnitts in dem betreffenden Abschnitt des Laufstreifens und verbessert somit die Verbindung des Spikes mit dem Laufstreifen und die Haltbarkeit des Fahrzeugreifens.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Laufstreifen eine Profilierung mit einer Vielzahl von Profilblöcken auf, d.h. Profilblöcke, die in üblicher Weise voneinander durch Profilrillen getrennt sind. Die Abschnitte des Laufstreifens werden jeweils durch einen der Profilblöcke gebildet.
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In dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, dass der Laufstreifen in einem ersten Schritt so hergestellt wird, dass die Profilblöcke fehlen, die in dem fertigen Fahrzeugreifen einen der Abschnitte des Laufstreifens bilden. Dazu kann ein beliebiges Herstellungsverfahren Anwendung finden, wie zum Beispiel das oben erwähnte Verfahren unter Verwendung einer Heizform. In einem anschließenden zweiten Schritt werden dann die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Dabei kann in dem ersten Schritt der Laufstreifen zunächst einschließlich von Profilblöcken hergestellt werden, die in dem fertigen Fahrzeugreifen jeweils einem der Abschnitte des Laufstreifens entsprechen, und diese Profilblöcke können dann anschließend entfernt werden. Alternativ kann in dem ersten Schritt der Laufstreifen von Anfang an ohne die Profilblöcke hergestellt werden, die in dem fertigen Fahrzeugreifen einen der Abschnitte des Laufstreifens bilden. Bei der letzteren Möglichkeit ist es ferner bevorzugt, dass in dem ersten Schritt der Laufstreifen mit Hilfe einer Form - wie insbesondere einer Heizform, die im Rahmen einer Vulkanisation eines aus einem Gummimaterial hergestellten Laufstreifens eingesetzt wird - hergestellt wird, die eine Negativform aufweist, in der die Profilblöcke fehlen, die in dem fertigen Fahrzeugreifen einen der Abschnitte des Laufstreifens bilden.
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In diesen Ausführungsformen, in denen der Laufstreifen in einem ersten Schritt so hergestellt wird, dass die Profilblöcke fehlen, die in dem fertigen Fahrzeugreifen einen der Abschnitte des Laufstreifens bilden, und in einem anschließenden zweiten Schritt die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden, ist es ferner bevorzugt, dass in dem zweiten Schritt zunächst die fehlenden Profilblöcke, die in dem fertigen Fahrzeugreifen einen der Abschnitte des Laufstreifens bilden, automatisch mit Hilfe eines Sensors erkannt werden und anschließend die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens automatisch an den Positionen der erkannten fehlenden Profilblöcke ausgebildet werden. Dazu wird das additive Herstellungsverfahren bzw. die dazu eingesetzte Apparatur durch eine geeignete Steuereinrichtung automatisch auf Basis von Signalen des Sensors gesteuert. Der Sensor kann zum Beispiel eine Kamera sein oder umfassen, die den Laufstreifen visuell erfasst, wobei die fehlenden Profilblöcke dann mit Hilfe einer Bildauswertung erkannt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Abschnitte des Laufstreifens mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens in der Weise hergestellt, dass in dem an den Endabschnitt von jedem der Spikes angrenzenden Bereich des jeweiligen Abschnitts des Laufstreifens ein Übergangsbereich ausgebildet wird. In dem Übergangsbereich wird ein Übergang zwischen mindestens einer Eigenschaft des Materials der restlichen Bereiche des Abschnitts des Laufstreifens, die bevorzugt aus einem homogenen Material mit homogenen Eigenschaften ausgebildet sind, und der entsprechenden mindestens einen Eigenschaft des Endabschnitts des jeweiligen Spikes bereitgestellt. Der Übergang kann dabei bevorzugt kontinuierlich oder in mehreren Stufen erfolgen oder aber auch in der einfachsten Form dadurch, dass in dem Übergangsbereich die Werte oder Parameter der betreffenden Eigenschaft oder Eigenschaften zwischen den Werten oder Parametern des Materials im restlichen Abschnitt des Laufstreifens und des Endabschnitts des Spikes liegen. Eine geeignete Eigenschaft ist die Härte oder Festigkeit. In jedem Fall wird dadurch durch die Vermeidung oder Verminderung von Sprüngen in den Eigenschaften erreicht, wie zum Beispiel Sprüngen in der Härte oder Festigkeit, und auf diese Weise die Verbindung zwischen den Spikes und den Abschnitten des Laufstreifens weiter verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Spikes aus einem oder mehreren Materialien hergestellt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kunststoff, Gummi, Metalle und Metalllegierungen umfasst.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Fahrzeugreifen vorgesehen, der durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche herstellbar ist oder hergestellt worden ist. Dieser Fahrzeugreifen kann die Konstruktion und den Aufbau haben, der oben detailliert in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
- 1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Fahrzeugrades mit einem Fahrzeugreifen, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.
- 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1 gemäß einer ersten Variante des Ausführungsbeispiels.
- 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1 gemäß einer zweiten Variante des Ausführungsbeispiels.
- 4a zeigt den vergrößerten Ausschnitt der 1 nach einem ersten Schritt bei der Herstellung des Fahrzeugreifens der 2 oder der 3.
- 4b zeigt den vergrößerten Ausschnitt der 1 nach einem zweiten Schritt bei der Herstellung des Fahrzeugreifens der 2.
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In der 1 ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Fahrzeugrades 1 mit einem Fahrzeugreifen 2 gezeigt, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Das Fahrzeugrad 1 weist eine Nabe 3, mehrere Speichen 4 und eine Felge 5 auf, auf der der Fahrzeugreifen 2 im an dem Fahrzeugrad 1 montierten Zustand angeordnet ist. Der Fahrzeugreifen 2 weist entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Spikes 6 auf, die sich von dem Fahrzeugreifen 2 in radialer Richtung nach außen erstrecken.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils in zwei unterschiedlichen Varianten des Fahrzeugreifens 2 den in 1 durch einen gestrichelten Kasten angegebenen vergrößerten Ausschnitt. Sie sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Der Fahrzeugreifen 2 weist jeweils einen Basisbereich 7 auf, der insbesondere eine nicht einzeln dargestellte Karkasse umfasst. In radialer Richtung außen auf dem Basisbereich 7 ist ein Laufstreifen 8 aufgebracht, der seinerseits einen Basisabschnitt 9 und einstückig auf dem Basisabschnitt 9 eine Profilierung 10 mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Profilblöcke 11 aufweist, die durch Profilrillen 12 voneinander getrennt sind. Der Laufstreifen 8 ist aus Gummi bzw. einer Gummimischung ausgebildet. In einem der drei gezeigten Profilblöcke 11 ist einer der Spikes 6 befestigt und zwar mit einem Endabschnitt 13 des Spikes 6. Dieser Endabschnitt 13 ist in dem Profilblock 11 angeordnet. Dasselbe gilt für alle Spikes 6 des Fahrzeugreifens 2, d.h. alle sind in der gezeigten Weise jeweils in einem Profilblock 11 befestigt.
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Bei der Herstellung des Fahrzeugreifens 1 werden die Profilblöcke, die den Spikes 6 zugeordnet sind, im Unterschied zum Rest des Laufstreifens 8 mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens ausgebildet. Dies ist schematisch in den 4a und 4b illustriert. Dabei wird in einem ersten Schritt der Fahrzeugreifen 2 mit dem Laufstreifen 8 hergestellt, allerdings in der Weise, dass die den Spikes 6 zugeordneten Profilblöcke 11 fehlen. 4a zeigt den vergrößerten Ausschnitt des Fahrzeugreifens 2 nach dem Ende dieses ersten Schrittes und kennzeichnet den fehlenden Profilblock 11 durch eine gestrichelte Linie. Das Auslassen des Profilblocks 11 kann dabei von Anfang an erfolgen, zum Beispiel durch Verwendung einer geeigneten Heizform mit einem entsprechenden Negativprofil. Alternativ kann der Laufstreifen 8 den Profilblock 11 zunächst aufweisen, der dann entfernt wird.
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Anschließend wird in einem zweiten Schritt der Profilblock 11 mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens an der Position des fehlenden Profilblocks 11 ausgebildet, d.h. diese Position aufgedruckt. Die Positionen der fehlenden Profilblöcke 11 können automatisch visuell mit Hilfe einer Kamera und einer anschließenden automatischen Bildauswertung erkannt werden. 4b zeigt den vergrößerten Ausschnitt des Fahrzeugreifens 2 nach dem Ende dieses zweiten Schrittes. Dabei ist zu erkennen, dass der zunächst fehlende Profilblock 11 beispielsweise entsprechend der Variante der 2 in der Weise ausgebildet worden ist, dass er einen nach außen offenen zylindrischen Hohlraum 14 aufweist, in den dann später der Endabschnitt 13 des Spikes 6 eingeschossen wird. Der Spike 6 wird in dieser Variante nicht durch das 3D-Druckverfahren hergestellt. Das Drucken des Profilblocks 11 wird dabei so durchgeführt, dass sich an die Wandung des Hohlraums 14 ein Übergangsbereich 15 anschließt, in dem ein kontinuierlicher Übergang von dem relativ weichen Material der restlichen Bereiche des Profilblocks 11 und des Laufstreifens 8 zu dem relativ harten Material des Spikes 6 erfolgt. Dies kann in einfacher Weise durch geeignete Änderung des Druckmaterials während des Druckens erreicht werden.
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Nach dem Einschießen des Spikes 6 in den Hohlraum 14 steht der Endabschnitt 13 des Spikes 6 mit dem Übergangsbereich 15 in Kontakt, und zwar mit einem Teil des Übergangsbereichs 15, der genauso hart oder ähnlich hart wie der Spike 6 ist (siehe 2). Durch den Übergangsbereich 15 werden Festigkeitssprünge vermieden oder vermindert, so dass eine verbesserte Verbindung zwischen dem Endabschnitt 13 des Spikes 6 und dem Profilblock 11 besteht.
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Die Herstellung der in 3 gezeigten Variante wird ebenfalls unter Verwendung des in 4a gezeigten Schrittes durchgeführt. Außerdem wird auch in diesem Fall genau wie in Bezug auf 4b beschrieben der zunächst fehlende Profilblock 11 mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens ausgebildet. Allerdings wird im Unterschied zu der Variante der 2 der Spike 6 zusammen mit dem Profilblock 11 mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens ausgebildet, d.h. ebenfalls gedruckt. Der Spike 6 wird dabei bevorzugt so ausgebildet, dass er an seinem Ende einen ringförmigen, in radialer Richtung vorstehenden flanschförmigen Vorsprung 16 aufweist, durch den eine Verankerung des Endabschnitts 13 des Spikes 6 in dem Profilblock 11 bewirkt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 3 kein Übergangsbereich 15 gezeigt ist. Allerdings ist es möglich und von Vorteil, wenn zusätzlich zu der Verankerung durch den Vorsprung 16 auch noch wie in 2 ein Übergangsbereich 15 vorgesehen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Fahrzeugreifen
- 3
- Nabe
- 4
- Speichen
- 5
- Felge
- 6
- Spikes
- 7
- Basisbereich
- 8
- Laufstreifen
- 9
- Basisabschnitt
- 10
- Profilierung
- 11
- Profilblöcke
- 12
- Profilrillen
- 13
- Endabschnitt
- 14
- Hohlraum
- 15
- Übergangsbereich
- 16
- Vorsprung
