DE102019205612A1

DE102019205612A1 - Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines Formsegmentes, eines Formsegmentteiles oder eines rippen- oder lamellenförmigen Elementes einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE102019205612A1
Application number: DE102019205612.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dzick; Nicholas Hoppe
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-10-22

Abstract

Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines Formsegmentes (1), eines Formsegmentteiles (6) oder eines rippen- oder lamellenförmigen Elementes (7, 8) einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen, wobei das Formsegment (1), das Formsegmentteil (6) oder das rippen- oder lamellenförmigen Element (7, 8) mittels eines generativen Fertigungsverfahren durch schichtweises Umschmelzen von Metallpulver hergestellt ist.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf technisch einfache und zuverlässige Weise Oberflächen oder Oberflächenbereiche von mit additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formsegmenten, Formsegmentteilen oder lamellen- und rippenförmigen Elementen möglichst gleichmäßig glätten zu können.Die Oberfläche oder Oberflächenbereiche wird bzw. werden durch Laserpolieren geglättet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines Formsegmentes, eines Formsegmentteiles oder eines rippen- oder lamellenförmigen Elementes einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen, wobei das Formsegment, das Formsegmentteil oder das rippen- oder lamellenförmigen Element mittels eines generativen Fertigungsverfahren durch schichtweises Umschmelzen von Metallpulver hergestellt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Formsegment, ein Formsegmentteil oder ein rippen- oder lamellenförmiges Element einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen, hergestellt mittels eines generativen Fertigungsverfahren durch schichtweises Umschmelzen von Metallpulver.
Bekannterweise erfolgt die Vulkanisation von Fahrzeugreifen in Heizpressen, in welchen ein Reifenrohling in eine Vulkanisationsform eingesetzt und unter Einwirkung von Druck und Temperatur vulkanisiert wird. Die einen Formsegmentring bildenden Formsegmente formen und heizen den Laufstreifen des Reifens und prägen in diesen das Laufstreifenprofil ein. Traditionell werden Formsegmentringe durch Gussprozesse mit anschließender spanender Bearbeitung oder durch ausschließliche spanende Bearbeitung aus Stahl- oder Aluminiumlegierungen hergestellt.
Es ist bekannt, zumindest jenes Teil eines Formsegmentes, welches das Profil des Laufstreifens mitausformt, mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere durch SLM (Selective Laser Melting bzw. selektives Laserschmelzen)) herzustellen und an einem traditionell gefertigten weiteren Formsegmentteil zu befestigen. Ein derart hergestelltes Formsegmentteil ist beispielsweise aus der US 2016/0039160 A1 bekannt. Darüber hinaus ist es auch bekannt, einzelne Elemente von Formsegmenten, beispielsweise Lamellen, die Einschnitte im Laufstreifen ausformen, oder Rippen, die Rillen im Laufstreifen ausformen, durch additive Fertigungsverfahren herzustellen. So ist beispielsweise aus der DE 10 2012 102 322 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Vulkanisationsform für Fahrzeugreifen bekannt, bei welchem die Lamellen mittels eines SLM-Verfahrens hergestellt werden, während die Formsegmente durch ein Gießverfahren oder ein spanabhebendes Verfahren hergestellt werden, wobei die Lamellen nachträglich in die Formsegmente eingebracht werden. Aus der DE 10 2015 202 328 A1 ist es ebenfalls bekannt, Lamellen durch selektives Laserschmelzen aus einem Metallpulver herzustellen, wobei die Lamellen Lamellenteile aufweisen, welche sich mit anderen Lamellenteilen kreuzen. Aus der EP 2 987 630 A1 ist es bekannt, die innere Formfläche von Formsegmenten eines Formsegmentringes mitsamt den Negativ-Profilelementen durch SLM herzustellen. Dabei können die einen Formsegmentring bildenden Formsegmente auch komplett durch SLM hergestellt sein oder es wird zumindest der formflächeninnenseitige Teil der Formsegmente nach diesem Verfahren hergestellt, vorzugsweise mit einer in radialer Richtung gemessenen Dicke von bis zu 20,0 mm.
Die nach bekannten additiven Fertigungsverfahren, wie SLM, hergestellten Formsegmente, Formsegmentteile oder lamellen- bzw. rippenförmigen Elemente weisen gegenüber solchen Formsegmenten, Formsegmentteilen oder lamellen- bzw. rippenförmigen Elementen, die nach herkömmlichen Verfahren, etwa aus Stahl oder durch Gussverfahren aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, ein uneinheitliches Oberflächenerscheinungsbild auf, insbesondere eine relativ große Rauheit und durch den schichtweisen Auftrag und Schmelzen des Metallpulvers auch Stufeneffekte. Die durch additive Fertigungsverfahren hergestellten Bauteile sind daher unmittelbar nach ihrer Herstellung zur Vulkanisation von qualitativ einwandfreien Reifen nicht geeignet, es müssen Oberflächendefekte entfernt werden und die Oberflächen geglättet werden. Mit herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise Strahlen, Verstemmen oder Polieren gestaltet sich das Entfernen von Oberflächendefekten und die Harmonisierung der Oberflächen als sehr zeit- und kostenintensiv. Dies ist insbesondere auf die Verwendung von Stahl anstelle von Aluminium - wie bei Gussformen - und die zu geschmiedetem Metall ähnlichen Festigkeitseigenschaften des „gedruckten“ Materials zurückzuführen. Bei Formsegmenten, die in gegossene Formsegmentteile eingesetzte „gedruckte“ Elemente enthalten, ergeben sich lokal stark unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen für die Einstellung einer homogenen Oberfläche. Darüber hinaus ist insbesondere bei komplexen Lamellen, wie sie für Profilierungen von Winterreifen-Laufstreifen üblich sind, die Werkzeugzugänglichkeit infolge des geringen Lamellenabstands und etwaiger Hinterschnitte stark eingeschränkt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, auf technisch einfache und zuverlässige Weise Oberflächen oder Oberflächenbereiche von mit additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formsegmenten, Formsegmentteilen oder lamellen- und rippenförmigen Elementen möglichst gleichmäßig glätten zu können. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, mit additiven Fertigungsverfahren hergestellte Formsegmente, Formsegmentteilen oder lamellen- und rippenförmigen Elemente zur Verfügung zu stellen, deren Oberflächen oder Oberflächenbereiche eine gegenüber ihrer Rauheit unmittelbar nach ihrer Herstellung verminderte Rauheit sowie keine unerwünschten und störenden Oberflächendefekte und dergleichen aufweisen.
Bezüglich des Verfahrens wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche durch Laserpolieren geglättet wird bzw. werden.
Das Formsegment, das Formsegmentteil oder das lamellen- und rippenförmige Element gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Oberfläche oder Oberflächenbereiche laserpoliert ist bzw. sind.
Beim Polieren mit Laserstrahlen wird eine dünne Randschicht an der Oberfläche des Bauteils umgeschmolzen, sodass eine Glättung der Oberfläche infolge der Grenzflächenspannung erfolgt. Das Wirkprinzip des Laserpolierens unterscheidet sich daher grundlegend von konventionellen Schleif- und Polierverfahren, die materialabtragende Verfahren sind. Durch Laserpolieren wird eine dünne oberflächliche Schicht nochmals aufgeschmolzen und in erwünschter Weise geglättet. Das Verfahren des Laserpolierens gestattet auf eine zuverlässige, automatisiert ablaufbare und gezielt einsetzbare Weise das Glätten von Oberflächen oder Oberflächenbereichen von mit additiven Fertigungsverfahren hergestellten Formsegmenten, Formsegmentteilen oder lamellen- und rippenförmigen Elementen. Rauheit und Stufeneffekte lassen sich einwandfrei einebnen, sodass die erwünschte Oberflächengüte erzielt wird. Laserpolierte Oberflächen sind zudem an den dünnen umgeschmolzen oberflächlichen Randschichten identifizierbar.
Bevorzugt wird die Oberfläche oder es werden die Oberflächenbereiche mittels eines kontinuierlichen und/oder eines gepulsten Lasers geglättet. Ein kontinuierlicher Laser eignet sich insbesondere zur ersten Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen von durch additive Fertigungsverfahren hergestellten Bauteilen, ein gepulster Laser ist vor allem dafür geeignet, besonders glatte Oberflächen zu erzeugen.
Insbesondere mittels kontinuierlichen Lasers kann die Oberfläche bzw. können die Oberflächenbereiche mit einer Umschmelztiefe von bis zu 100 µm geglättet werden.
Besonders bevorzugt sind Ausführungen, bei welchen die Oberfläche oder die Oberflächenbereiche derart geglättet wird bzw. werden, dass sie eine Rauheit mit Sa = 0,05 µm bis 5,0 µm, insbesondere mit Sa = 0,05 µm bis 0,3 µm (jeweils gemäß EN ISO 25178), aufweist bzw. aufweisen. Mit derartigen Oberflächen lassen sich qualitativ einwandfreie Außenflächen am Laufstreifen eines Fahrzeugreifens ausformen.
Werden die Formsegmente oder Formsegmentteile mitsamt den zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elementen mittels eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt, so wird bevorzugt die gesamte Oberfläche der Formseite und mit sämtliche Oberflächen an den zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elemente durch Laserpolieren geglättet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden Oberflächenbereiche, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifens ausformen, durch Laserpolieren derart bearbeitet, sich ihre Rauheit von der Rauheit anderer Oberflächenbereiche unterscheidet. Laserpolieren ermöglicht es, gezielt Bereiche mit unterschiedlicher Rauheit zu erzeugen, was mit herkömmlichen, abrasiven Verfahren nicht möglich ist. Insbesondere werden Oberflächenbereiche, welche die Außenflächen von in bestimmten Laufstreifenbereichen befindlichen Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, derart laserpoliert, dass sich ihre Rauheit von der Rauheit von Oberflächenbereichen, die Außenflächen von in anderen Laufstreifenbereichen befindliche Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, unterscheidet.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens werden Oberflächenbereiche, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, insgesamt derart laserpoliert, dass sie eine bestimmte, zumindest weitgehende homogene Rauheit aufweisen, wobei anschließend Teilbereiche dieser Oberflächen oder Oberflächenbereiche nochmal laserpoliert werden, sodass in diesen Teilbereichen die Rauheit weiter verringert wird.
Bei einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführung des Verfahrens, wird die Formseite des Formsegmentes nach dem Laserpolieren mittels eines Strahlprozesses auf eine größere, zumindest weitgehend homogene Rauheit wieder aufgeraut, vorzugsweise auf eine Rauheit mit Sa= 5,0 µm bis 15,0 µm, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest jene Oberflächenbereiche, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, nochmals durch Laserpolieren geglättet werden, wobei zumindest in einigen Oberflächenbereichen Abschnitte oder Teilbereiche mit der mit durch den Strahlprozess erzeugten Rauheit bestehen blieben.
Besonders vorteilhaft ist eine Variante des Verfahrens, bei welcher an Oberflächenbereichen, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, als Stellen mit der größten oder mit einer größeren Rauheit Streifen mit einer Breite von 0,1 mm bis 0,5 mm belassen werden. Dies ist eine Maßnahme, um etwa bei Reifen, die für den Einsatz unter winterlichen Fahrbedingungen geeignet und vorgesehen sind, im Neuzustand die Eisgriffeigenschaften zu verbessern.
Wird das Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines rippen- oder lamellenförmigen Elements mit einem im Formsegment zu verankernden Verankerungsteil und einem einen Einschnitt oder eine Rille im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifens ausformenden Ausformungsteil eingesetzt, wird zumindest oder ausschließlich das Ausformungsteil durch Laserpolieren geglättet.
Dabei können vorteilhafterweise auch die Kanten des Ausformungsteils durch Laserpolieren verrundet werden. Dies ist eine Maßnahme, die zu einem leichteren Entformen des vulkanisierten Reifens aus der Vulkanisationsform beiträgt.
Bevorzugt weist ferner die Oberfläche oder es weisen die Oberflächenbereiche von Formsegmenten, Formsegmentteilen oder rippen- oder lamellenförmigen Elementen, die laserpoliert sind, eine Rauheit mit Sa = 0,05 µm bis 5,0 µm insbesondere mit Sa = 0,05 µm bis 0,3 µm (jeweils gemäß EN ISO 25178), auf.
Dabei ist zumindest die Oberfläche oder sind zumindest Oberflächenbereiche der dem Hohlraum der Vulkanisationsform zugewandten Formseite des Formsegmentes oder Formsegmentteiles durch laserpoliert.
Ist das Formsegment oder Formsegmentteil mit einer Formseite versehen, auf welcher sich die zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elemente befinden, wobei diese gemeinsam mit dem Formsegment oder Formsegmentteil mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind, so sind bevorzugt sämtliche Oberflächen an der Formseite laserpoliert.
Bevorzugt ist ferner einer Ausführung, bei der das Formsegment oder das Formsegmentteil Oberflächenbereiche aufweist, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen und die derart laserpoliert sind, dass sie Bereiche bzw. Abschnitte mit unterschiedlicher Rauheit aufweisen. So können diese Oberflächenbereiche beispielsweise Streifen mit einer Breite von insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm aufweisen, in welcher die Rauheit größer ist als in den außerhalb der Streifen verbliebenen Oberflächenbereichen. Dabei können solche Streifen in Draufsicht einen beliebigen Verlauf, etwa wellenförmig oder zick-zackförmig aufweisen, sie können ferner auch eine wesentlich größere Breite als 0,5 mm besitzen, beispielsweise eine Breite bis zu 5,0 mm.
Gesondert durch ein additives Fertigungsverfahren, wie etwa SLM, hergestellte rippen- oder lamellenförmige Elemente, welche dazu vorgesehen sind, in einem Formsegment oder Formsegmentteil verankert zu werden und einen Verankerungsteil sowie einen einen Einschnitt oder eine Rille im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifens ausformenden Ausformungsteil aufweisen, sind derart laserpoliert, dass zumindest die Oberflächen am Ausformungsteil oder ausschließlich die Oberflächen am Ausformungsteil laserpoliert sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugreifen, welcher in einer Vulkanisationsform mit Formsegmenten nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 vulkanisiert worden ist. Der Fahrzeugreifen weist Positivflächen am Laufstreifen auf, beispielsweise Außenflächen an Profilblöcken oder Profilrippen oder Teilbereiche derselben, welche unterschiedliche Glanzgrade (gemäß EN ISO 2813) besitzen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine Ansicht eines Formsegmentes einer Reifenvulkanisationsform,
2 einen Formsegmentring aus Formsegmenten,
3 einen Querschnitt eines Formsegmentes,
4 eine Ansicht einer Lamelle,
5 eine Ansicht einer Rippe und
6 eine Schrägansicht eines Formsegmentes.

Übliche Vulkanisationsformen für Fahrzeugluftreifen sind mehrteilige Containerformen, die sich innerhalb einer Heizpresse befinden. Bekannterweise weisen Heizpressen einen Pressenoberteil, einen Pressenunterteil und die entsprechenden Mechanismen zum Positionieren des zu vulkanisierenden Reifens, zur Betätigung der Bestandteile der Vulkanisationsform, zum Einbringen der Heizmedien und zum Entfernen des fertig vulkanisierten Reifens aus der Vulkanisationsform auf. Zu den Bestandteilen einer üblichen Vulkanisationsform gehören eine obere und eine untere Heizplatte, eine obere und eine untere Seitenwandschale, ein oberer und unterer Wulstring sowie ein Segmentring, welcher beispielsweise aus sieben bis vierzehn ringförmig angeordneten Segmentschuhen besteht, welche formgebende Formsegmente 1 in gleicher Anzahl halten. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines dieser Formsegmente 1, 2 einen Formsegmentring 2 aus im Beispiel elf Formsegmenten 1. Beim Schließen der Vulkanisationsform werden die Segmentschuhe mitsamt den Formsegmenten 1 in radialer Richtung zum geschlossenen Segmentring zusammengefahren, nach der Vulkanisation des betreffenden Reifens wieder auseinandergefahren, sodass der vulkanisierte Reifen der Form entnommen werden kann.
Wie 1 und 3 zeigen weist jedes Formsegment 1 eine Außenseite, den sogenannten Segmentrücken 3, auf, mit welcher das jeweilige Formsegment 1 in einem der erwähnten Segmentschuhe der Vulkanisationsform angeordnet wird. Weiterhin weist jedes Formsegment 1 eine dem Hohlraum der Vulkanisationsform zugewandte Formseite 4 auf, auf welcher sich die das Profilnegativ des Laufstreifens wiedergebende Elemente, wie Rippen, Lamellen und dergleichen, befinden, wobei von derartigen Elementen in 3 und 6 Rippen 8 dargestellt sind. Rippen 8 formen in bekannter Weise Rillen im Laufstreifen, Lamellen in bekannter Weise Einschnitte.
3 zeigt einen Querschnitt durch ein Formsegment 1, welches aus zwei Teilen besteht, ein den Segmentrücken 3 aufweisendes Formsegmentteil 5 und ein die Formseite 4 aufweisendes Formsegmentteil 6. Das Formsegmentteil 5 ist ein vorgefertigtes, insbesondere aus Stahl bestehendes Bauteil, welches bereits die Endkontur des Segmentrückens 3 aufweist. Die dem Segmentrücken 3 gegenüberliegende Fläche 5a des Formsegmentteils 5 ist bevorzugt plan ausgeführt. Auf diese Fläche 5a des Formsegmentteils 5 wird das Formsegmentteil 6 stoffschlüssig mittels eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahrens unter Verwendung und unter Umschmelzen von Metallpulver, vorzugsweise mittels Laser, aufgebaut. Wie bekannt wird bei generativen Fertigungsverfahren, zu welchen als bevorzugtes Verfahren das SLM (Selective Laser Melting)-Verfahren gehört, Metallpulver Schicht für Schicht aufgebracht und Schicht für Schicht geschmolzen, wodurch das Formsegmentteil 6 durch geschmolzenes und anschließend verfestigtes Metallpulver fest mit dem Formsegmentteil 5 verbunden und additiv aufgebaut wird. Dabei wird bevorzugt auch die Formseite 4 mitsamt den zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung vorgesehenen Elementen, wie die Rippen 8 und Lamellen, etwaigen Abriebindikatoren, etwaigen vorgesehenen Symbolen und dergleichen, aufgebaut. Die Generierung der einzelnen Schichten erfolgt aus 3D-Daten, beispielsweise unter Verwendung von CAD-Systemen. Die erforderlichen Entlüftungskanäle bzw. Entlüftungsbohrungen werden bevorzugt nachträglich auf konventionelle Weise und automatisiert durch das fertige Formsegment 1 hindurch gebohrt.
Bei einer zu 3 alternativen Ausführung ist der Formsegmentring ohne Rippen und/ oder Lamellen, aus einer Aluminiumlegierung gegossen, wobei die Rippen und/oder die Lamellen separat durch ein additives Fertigungsverfahren wie etwa SLM hergestellt sind und beim Gießvorgang in den Formsegmentring fest eingebunden werden. Der fertige Formsegmentring wird in Formsegmente geteilt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 220 659.7 der Anmelderin beschrieben.
4 zeigt eine Ansicht eines Beispiels einer einfach gestalteten Lamelle 7, 5 eine Ansicht eines Beispiels einer einfach gestalteten Rippe 8. Sowohl die Lamelle 7 als auch die Rippe 8 weisen ein Verankerungsteil 7a, 8a und ein Ausformungsteil 7b, 8b auf. Die gestrichelte Linie 1 versinnbildlicht jeweils die Grenze zwischen dem Ausformungsteil 7b, 8b und dem Verankerungsteil 7a, 8a. Im Verankerungsteil 7a, 8a ist jeweils eine Anzahl von Löchern ausgebildet, sodass die Lamelle 7 bzw. die Rippe 8 mit ihrem Verankerungsteil 7a, 8a in der Aluminiumlegierung des Formsegmentringes beim Gießvorgang fest verankert wird. Die Dicke d₁ des Ausformungsteils 7b der Lamelle 7 entspricht der erwünschten Breite des im Laufstreifen einzuformenden Einschnittes, die Dicke d₂ des Ausformungsteil 8b der Breite der im Laufstreifen einzuformenden Rille. Die Verankerungsteile 7a, 8a weisen eine Dicke in der Größenordnung von 0,3 mm bis 1,5 mm auf.
Lamellen und Rippen können in wesentlich komplexeren Ausgestaltungen als gezeigt mittels additiver Fertigungsverfahren hergestellt werden, so ist es beispielsweise möglich, gitterartig zusammenhängende Lamellen, die ein Einschnittnetz im Laufstreifen des Reifens ausbilden, sowie Lamellen mit beliebig gestalteten Erhebungen und Vertiefungen in den Ausformungsteile herzustellen.
Die durch ein additives Verfahren wie SLM hergestellten Formsegmentteile, wie das Formsegmentteil 6 und Lamellen 7 bzw. Rippen 8, weisen verfahrensbedingt eine nicht unwesentliche oberflächliche Rauheit und durch den schichtweisen Aufbau Oberflächendefekte in Form von Stufen auf. Diese Bauteile besitzen daher unmittelbar nach der Herstellung keine glatten bzw. homogenen Oberflächen und genügen somit nicht den Anforderungen an Reifenheizformen zur Ausformung der Profilierung von Laufstreifen in Fahrzeugluftreifen.
Die Oberflächen an der Formseite 4 der Formsegmentteile 5 sowie die Oberflächen der durch ein additives Verfahren separat hergestellten Lamellen 7 und Rippen 8 werden gemäß der Erfindung zumindest zum Teil durch „Laserpolieren“ geglättet. Laserpolieren bzw. Polieren mit Laserstrahlung beruht auf dem Umschmelzen einer dünnen Oberflächenschicht und einer Glättung der Oberfläche durch die Grenzflächenspannung.
Bei Formsegmenteilen 5, die mitsamt den formgebenden Elementen, wie Rippen und /oder Lamellen durch ein additives Verfahren hergestellt sind, werden sämtliche Oberflächen an der Formseite 4, also auch die Oberflächen der Lamellen und/oder Rippen und dgl. mittels Laserstrahlung erneut auf- und angeschmolzen, um Rauheit und etwaige Stufeneffekte einzuebnen und eine hohe Oberflächengüte zu erzielen. Im Gegensatz zu konventionellen Schleif- und Polierverfahren findet kein Abtragen von Material statt.
Bei additiv gefertigten Formelementen, wie Lamellen 7 und Rippen 8, werden diese Elemente insbesondere unmittelbar nach ihrer Herstellung zumindest an den Ausformungsteilen 7b, 8b, die ja mit dem Gummimaterial des Reifens in Kontakt kommen, mittels Laserstrahlung poliert und anschließend dem weiteren Fertigungsprozess zugeführt.
Das Laserpolieren eignet sich insbesondere auch dazu, die Kanten an den Ausformungsteilen 7b, 8b von Lamellen 7 und Rippen 8 zu verrunden.
Vorzugsweise erfolgen nach dem Laserpolieren eine Konservierung der Oberflächen durch Hartstoffbeschichtung und ggf. eine Behandlung mit schmutzabweisenden Substanzen.
Bevorzugt wird durch Laserpolieren die Rauheit der behandelten Oberflächen auf eine weitgehend gleichmäßige Rauheit mit Sa = 0,05 µm bis 5,0 µm, insbesondere mit Sa = 0,05 µm bis 0,3 µm, jeweils gemäß EN ISO 25178, reduziert.
Wie bereits erwähnt, enthält die Formseite 4 neben Rippen, Lamellen und dergleichen Oberflächenbereiche 10, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen. Diese Oberflächenbereiche 10 können gemäß einer Ausführung durch Laserpolieren derart bearbeitet werden, dass sie Bereiche bzw. Abschnitte mit unterschiedlicher Rauheit aufweisen. Wie 6 zeigt, ist es insbesondere möglich, schmale, beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm breite, gerade, oder auch wellenförmig oder zick-zack-förmig oder dgl. verlaufende Streifen 9 in diesen Oberflächenbereichen 10 zu erzeugen, in welchen die Rauheit größer ist als in den übrigen Oberflächenbereichen 10, beispielsweise weisen die Streifen 9 eine Rauheit mit einem Sa von 1,0 µm bis 4,0 µm auf. Dazu wird beispielsweise vorerst die gesamte Oberfläche der Formseite 4 derart laserpoliert, dass sie eine Rauheit mit Sa = 1,0 µm bis 5,0 µm aufweist. Zur Erzeugung der erwähnten Streifen 9 werden Oberflächenbereiche 10 der Formseite 4 nochmals laserpoliert, wobei Streifen 9 ausgelassen werden und außerhalb der Streifen 9 eine glattere Oberfläche entsteht, welche beispielsweise eine Rauheit mit Sa = 0,1 µm bis 0,3 µm aufweist. Am vulkanisierten Reifen weisen dann die Oberflächen der betreffenden Profilelemente, etwa Profilblöcke, sichtbare schmale Streifen mit einer erhöhten Rauheit auf. Bei neuem Reifen wirken sich diese Streifen etwa auf die Eisgriffeigenschaften des Reifens positiv aus.
Bei einer alternativen Ausführung wird durch Laserpolieren die Oberfläche der Formseite 4 derart behandelt, dass sie eine Rauheit mit Sa = 1,0 µm bis 5,0 µm aufweist. Anschließend wird mittels eines abrasiven Strahlprozesses, beispielsweise Sandstrahlen, die Oberfläche der Formseite 4 wieder aufgeraut, vorzugsweise auf eine homogene Rauheit mit Sa = 5,0 µm bis 15,0 µm. Zur Erzeugung der in 6 gezeigten Streifen 9 mit der durch den Strahlprozess erzielten höheren Rauheit wird die Oberfläche bzw. werden Oberflächenbereiche 10 der Formseite 4 nochmals laserpoliert, wobei Streifen 9 ausgelassen werden und außerhalb der Streifen 9 wieder eine glatte bzw. glattere Oberfläche entsteht.
Bei einer weiteren, alternativen Ausführung, werden Oberflächenbereiche, die Außenflächen von in bestimmten Laufstreifenbereichen befindlichen Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, derart laserpoliert, dass sich ihre Rauheit von der Rauheit von Oberflächen, die Außenflächen von in anderen Laufstreifenbereichen befindlichen Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, unterscheidet. Beispielsweise werden Oberflächenbereiche in den Schulterbereichen derart laserpoliert, dass sie eine sehr geringe Rauheit besitzen, beispielsweise mit einem Sa von 0,1 µm, hingegen erhalten Oberflächenbereiche, die Außenflächen von Profilblöcken bzw. Profilrippen im mittleren Laufstreifenbereich formen, eine größere Rauheit mit einem Sa im Bereich von beispielsweise 1 µm bis 5 µm. Der in einer Vulkanisationsform mit solchen Formsegmenten vulkanisierte Reifen zeigt dann an seiner Laufstreifenoberfläche Bereiche mit variierenden Glanzgraden und Schwarztönen, entsprechend der unterschiedlichen Rauheit der Oberflächen bzw. Oberflächenbereiche der Formseite.
Laserpolieren macht es auch möglich, beliebige oberflächlichen Muster, Schriftzeichen und dgl. an den Außenflächen der Laufstreifen der vulkanisierten Reifen zu erzeugen. Zur ersten Bearbeitung der Oberfläche von metallischen, durch additive Fertigungsverfahren hergestellten Bauteilen eignet sich vor allem ein kontinuierlicher Laser. Gepulster Laser kann vor allem dafür eingesetzt werden, besonders glatte Oberflächen zu erzeugen.
Bezugszeichenliste

1: Formsegment
2: Formsegmentring
3: Segmentrücken
4: Formseite
5, 6: Formsegmentteil
5a: Fläche
7: Lamelle
7a: Verankerungsteil
7b: Ausformungsteil
8: Rippe
8a: Verankerungsteil
8b: Ausformungsteil
9: Streifen
10: Oberflächenbereich
1: Linie
d₁, d₂: Dicke

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

US 2016/0039160 A1 [0003]
DE 102012102322 A1 [0003]
DE 102015202328 A1 [0003]
EP 2987630 A1 [0003]
DE 102018220659 [0029]

Claims

Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines Formsegmentes (1), eines Formsegmentteiles (6) oder eines rippen- oder lamellenförmigen Elementes (7, 8) einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen, wobei das Formsegment (1), das Formsegmentteil (6) oder das rippen- oder lamellenförmigen Element (7, 8) mittels eines generativen Fertigungsverfahren durch schichtweises Umschmelzen von Metallpulver hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche durch Laserpolieren geglättet wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche mittels eines kontinuierlichen und/oder eines gepulsten Lasers geglättet wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder die Oberflächenbereiche mit einer Umschmelztiefe der Laserstrahlung bis zu 100 µm geglättet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche derart geglättet wird bzw. werden, dass sie eine Rauheit mit Sa = 0,05 µm bis 5,0 µm, insbesondere mit Sa = 0,05 µm bis 0,3 µm (jeweils gemäß EN ISO 25178), aufweist bzw. aufweisen.
Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines Formsegmentes (1) oder eines Formsegmentteiles (6), welches eine Formseite (4) mit den zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elementen, wie Rippen (8), Lamellen (7), etwaigen Abriebindikatoren, etwaigen vorgesehenen Symbolen und dergleichen aufweist und welches mitsamt diesen Elementen mittels eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche der Formseite (4) und sämtliche Oberflächen der zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elemente durch Laserpolieren geglättet werden.
Verfahren nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (10), welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifen ausformen, durch Laserpolieren derart bearbeitet werden, dass sich ihre Rauheit von der Rauheit anderer Oberflächenbereiche (10) unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (10), welche die Außenflächen von in bestimmten Laufstreifenbereichen befindlichen Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, derart laserpoliert werden, dass sich ihre Rauheit von der Rauheit von Oberflächenbereichen, die Außenflächen von in anderen Laufstreifenbereichen befindliche Profilblöcken bzw. Profilrippen ausformen, unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (10), welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, derart laserpoliert werden, dass sie eine bestimmte, zumindest weitgehend homogene Rauheit aufweisen, wobei anschliessend Teilbereiche dieser Oberflächenbereiche (10) nochmals laserpoliert werden, sodass in diesen Teilbereichen die Rauheit verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formseite (4) des Formsegmentes (1) nach dem Laserpolieren mittels eines Strahlprozesses auf eine größere, zumindest weitgehend homogene Rauheit wieder aufgeraut wird, vorzugsweise auf eine Rauheit mit Sa= 5,0 µm bis 15,0 µm, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest jene Oberflächenbereiche, welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, nochmals durch Laserpolieren geglättet werden, wobei zumindest in einigen Oberflächenbereichen Abschnitte oder Teilbereiche mit der mit durch den Strahlprozess erzeugten Rauheit bestehen bleiben.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an Oberflächenbereichen (10), welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, als Stellen mit der größten oder größeren Rauheit Streifen (9) mit einer Breite von 0,1 mm bis 0,5 mm belassen werden.
Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche oder von Oberflächenbereichen eines rippen- oder lamellenförmigen Elementes mit einem in einem Formsegment zu verankernden Verankerungsteil (7a, 8a) und einem einen Einschnitt oder eine Rille im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifens ausformenden Ausformungsteil (7b, 8b), nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest oder ausschließlich das Ausformungsteil (7b, 8b) durch Laserpolieren geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten des Ausformungsteils (7a, 8a) durch Laserpolieren verrundet werden.
Formsegment (1), Formsegmentteil (6) oder rippen- oder lamellenförmiges Element (7, 8) einer Vulkanisationsform für einen Fahrzeugreifen, hergestellt mittels eines generativen Fertigungsverfahren durch schichtweises Umschmelzen von Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche des Formsegmentes (1), des Formsegmentteiles (6) oder des rippen- oder lamellenförmigen Elementes (7, 8) laserpoliert ist bzw. sind.
Formsegment (1), Formsegmentteil oder rippen- oder lamellenförmiges Element nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche eine Rauheit mit Sa = 0,05 µm bis 5,0 µm, insbesondere mit Sa = 0,05 µm bis 0,3 µm (jeweils gemäß EN ISO 25178), aufweisen.
Formsegment (1) oder Formsegmentteil (6), welches eine dem Hohlraum der Vulkanisationsform zugewandten Formseite (4) aufweist, nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder Oberflächenbereiche der dem Hohlraum der Vulkanisationsform zugewandten Formseite (4) laserpoliert ist bzw. sind.
Formsegment (1) oder Formsegmentteil (6), welches eine Formseite (4) mit den zum Ausformen der Laufstreifenprofilierung des Fahrzeugreifens vorgesehenen Elementen, wie Rippen (8), Lamellen (7), etwaigen Abriebindikatoren, etwaigen vorgesehenen Symbolen und dergleichen aufweist und welches mitsamt diesen Elementen mittels eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt ist, nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Oberflächen an der Formseite (4) laserpoliert sind.
Formsegment (1) oder Formsegmentteil (6) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (10), welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, derart laserpoliert sind, dass sie eine Rauheit aufweisen, die sich von der Rauheit anderer Oberflächenbereiche (10), die ebenfalls laserpoliert sind, unterscheidet.
Formsegment (1) oder Formsegmentteil (6) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (10), welche die Außenflächen von Profilblöcken, Profilrippen und dergleichen ausformen, Streifen (9) mit einer Breite von beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm aufweisen, in welchen die Rauheit größer ist als in den außerhalb der Streifen verbliebenen Oberflächenbereichen (10).
Rippen- oder lamellenförmigen Element (7, 8) mit einem in einem Formsegment zu verankernden Verankerungsteil (7b, 8b) und einem einen Einschnitt oder eine Rille im Laufstreifen des zu vulkanisierenden Fahrzeugreifens ausformenden Ausformungsteil (7a, 8a), nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das oder ausschließlich das Ausformungsteil (7a, 8a) laserpoliert ist.
Fahrzeugreifen, welcher in einer Vulkanisationsform mit Formsegmenten (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 vulkanisiert worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass Positivflächen am Laufstreifen, beispielsweise Außenflächen an Profilblöcken oder Profilrippen, oder Teilbereiche derselben unterschiedliche Glanzgrade (gemäß EN ISO 2813) aufweisen.