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Die Erfindung betrifft ein Formelement, insbesondere eine Lamelle oder eine Rippe, zum Ausformen eines Einschnittes oder einer Rille im Laufstreifen eines Fahrzeugreifens während dessen Vulkanisation in einer Reifenvulkanisationsform, mit einem Verankerungsabschnitt zum Verankern des Formelementes in einem Formsegment der Reifenvulkanisationsform und mit einem Ausformungsabschnitt, welcher den Einschnitt oder die Rille im Laufstreifen des in die Reifenvulkanisationsform eingesetzten Reifens ausformt, wobei das Formelement nach einem additiven Verfahren aus einem Metallpulver hergestellt ist.
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Die Vulkanisation von Fahrzeugreifen erfolgt bekannterweise in Heizpressen, in welche jeweils eine Vulkanisationsform eingesetzt ist, die üblicherweise einen aus mehreren Formsegmenten bestehenden Segmentring, welcher in einem Gussverfahren aus einer Aluminiumlegierung hergestellt wird, aufweist und welcher den Laufstreifen des Reifens mit seiner Profilierung ausformt. Die Formsegmente enthalten Formelemente, wie Lamellen oder Rippen, zur Ausformung der Profilierung des Laufstreifens mit Einschnitten, Rillen und dergleichen. Es ist bekannt, Formsegmente, Teile von Formsegmenten und Formelemente durch ein additives Fertigungsverfahren, beispielsweise durch SLM (selektives Laserschmelzen) aus einem Metallpulver herzustellen. So ist es beispielsweise aus der
DE 10 2015 202 328 A1 bekannt, Lamellen durch selektives Laserschmelzen aus einem Metallpulver herzustellen. Durch additive Fertigungsverfahren, wie etwa SLM, lassen sich vor allem Lamellen komplexer dreidimensionaler Gestaltung exakt herstellen.
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Während des Einformens eines Rohreifens in einer Vulkanisationsform ist es erforderlich, die in der Form befindliche Luft abzuführen, da Lufteinschlüsse zur Herstellung von fehlerhaften bzw. schadhaften Reifen führen würden. Für eine effektive Abführung der Luft während des Einformens ist es von Vorteil, wenn Luft zwischen den Formelementen zirkulieren und fließen kann, um optimal in die vorgesehenen Entlüftungsbohrungen entweichen und über diese abgeführt werden zu können. Um ein Zirkulieren und Fließen von Luft zwischen den Formelementen, insbesondere Lamellen, zu ermöglichen, ist es üblich, die Formelemente mit Querentlüftungen bzw. sogenannten Cross-Vents zu versehen, welche im Formelement ausgebildete, dieses quer durchsetzende Durchgangsöffnungen sind, die, je nach der Anzahl der Lamellen und deren gegenseitigen Abständen, auch in relativ großer Anzahl und nahe der Formsegmentinnenseite ausgebildet sind und welche während des Einformens zuerst von Luft, anschließend jedoch auch von fließfähigem Gummimaterial durchflossen werden. Während des Reifenheizprozesses kommt es bei der Vulkanisierung des Gummimaterials zu einem Formschluss zwischen dem Gummimaterial des Laufstreifens und jenem in den Querentlüftungen der Formelemente. Dieser Formschluss muss daher beim Entformen des fertig vulkanisierten Reifens aufgebrochen werden. Durch das Ausreißen der Formelemente aus dem Formschluss mit dem vulkanisierten Gummi in den Querentlüftungen erhöhen sich die Entformungskräfte, die sowohl auf die Formelemente als auch auf die betroffenen Bereiche im Laufstreifen des Reifens wirken. Übersteigen die Entformungskräfte, welche insbesondere zu Beginn des Entformungsvorganges beim Zerreißen der Formschlüsse in den Querentlüftungen besonders groß sind, die Öffnungskraft der Presse, kann diese nicht mehr ordnungsgemäß öffnen und der Reifen kann nicht entformt werden, sodass mit der betroffenen Presse vorerst in der Produktion nicht weiter gearbeitet werden kann.
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Aus der
DE 10 2004 028 462 A1 ist eine Reifenvulkanisationsform mit mehreren zu einem umfangsmäßig geschlossenen Segmentring zusammenfügbaren Formsegmenten bekannt, welche jeweils einen außenseitigen Grundkörper und innenseitig eine profilierte Formfläche aus gesintertem Material aufweisen. Durch das jeweilige Profilsegment erstrecken sich Luftableitwege, welche zumindest formflächenseitig aus einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Mikrokanälen und Mikroporen mit Durchmessern von 30 µm bis 200 µm bestehen. Diese Mikrokanäle und Mikroporen erstrecken sich zumindest teilweise bis zur Rückenfläche des jeweiligen Profilsegmentes. Mit derartigen Mikrokanälen und Mikroporen lässt sich jedoch ein gezieltes Zirkulieren und Fließen zwischen eng beanstandeten und schmalen Rippen oder Lamellen, wie es etwa mit Querentlüftungen möglich ist und für eine gute Entlüftung in den diesbezüglich heiklen Bereichen zwischen eng beanstandeten Formelementen erforderlich ist, nicht erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst optimale Entlüftung einer Reifenvulkanisationsform, insbesondere einer solchen mit Formsegmenten mit einer Vielzahl von unter geringen gegenseitigen Abständen angeordneten Lamellen und/oder Rippen, sicherzustellen, unter Vermeidung der bei den herkömmlichen Querentlüftungen auftretenden, mit dem Formschluss des vulkanisierten Gummis innerhalb dieser Querentlüftungen zusammenhängenden Probleme.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Formelement im Ausformungsabschnitt eine Querentlüftung aus zumindest einem Bereich aus einer porösen luftdurchlässigen Struktur aufweist, welcher mit zumindest einem weiteren innerhalb des Verankerungsabschnittes ausgebildeten, am Verankerungsabschnitt nach außen mündenden Bereich aus einer porösen, luftdurchlässigen Struktur in Verbindung ist, derart, dass die luftdurchlässige Struktur dieses Bereiches bei im Formsegment eingesetzten Formelement mit einer Luftableitung im Formsegment in Verbindung bzw. in Kontakt bringbar ist.
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Die Bereiche aus porösen luftdurchlässigen Strukturen, die bei der additiven Fertigung des Formelementes mitgebildet werden, verhindern ein Einfließen fließfähiger Komponenten des Gummimaterials des Rohreifens, ermöglichen aber ein Ableiten und ein Zirkulieren von Luft während des Einformens sowie während des Heizvorganges des Reifens. Es entsteht kein Formschluss mehr zwischen dem Formelement und dem Gummimaterial des Laufstreifens während der Vulkanisation, was zu reduzierten Entformungskräften führt.
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Bei einer bevorzugten Ausführung besteht die Querentlüftung aus einer Anzahl von Kanälen aus der porösen luftdurchlässigen Struktur. Alternativ kann sie auch Kanäle, in Verbindung mit anders ausgeführten porösen Strukturen, aufweisen. Bei einer derartigen und bevorzugten Ausführung weist die Querentlüftung zumindest eine das Formelement quer durchsetzende Schicht aus der porösen, luftdurchlässigen Struktur auf. Solche Querentlüftungen haben den Vorteil, dass sie die Stabilität der Formelemente nicht oder kaum beeinträchtigen.
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Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführung, bei welcher die Querentlüftung im Ausformungsabschnitt, an die Formseitengrenze des Formelementes anschließend, ausgebildet ist. Gerade in diesem Bereich ist es in der letzten Phase des Einformens des Rohreifens wesentlich, für eine gute Ableitung der Zwischenformelementen zirkulierenden Luft zu sorgen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung sind im Verankerungsabschnitt mehrere Bereiche aus der porösen durchlässigen Struktur in Form von Kanälen ausgebildet. Alternativ kann im Verankerungsabschnitt auch ein Bereich aus der porösen luftdurchlässigen Struktur von einer Schicht gebildet sein, welche den Verankerungsabschnitt, von der Querentlüftung ausgehend, bis zu jenem Kantenbereich, welcher dem Ausformungsabschnitt abgewandt ist, durchsetzt. Poröse Bereiche lassen sich auch im Verankerungsabschnitt mittels des additiven Verfahrens unter Erhalt der Stabilität des Formelementes exakt herstellen.
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Um eine gute Verbindung bzw. eine guten Kontakt der porösen luftdurchlässigen Struktur im Verankerungsabschnitt zur Luftableitung innerhalb des Formelementes sicherzustellen, ist es bevorzugt, wenn entlang jenes Kantenbereiches des Verankerungsabschnittes, welcher dem Ausformungsabschnitt abgewandt ist, zumindest eine Schicht oder ein Kanal aus der porösen luftdurchlässigen Struktur ausgebildet ist, wobei diese Schicht bzw. dieser Kanal den Kantenbereich begrenzt bzw. mitbegrenzt.
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Bevorzugt ist das Formelement eine Lamelle zum Ausformen eines Einschnittes oder eine Rippe zum Ausformen einer Rille im Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Formsegment. Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Formsegment ein Segment eines aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Segmentringes einer Reifenvulkanisationsform, in welches Formelemente gemäß der Erfindung eingegossen sind, wobei die Luftableitung im Formsegment ausgebildete Entlüftungsbohrungen sind.
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Die Erfindung betrifft weiters ein Formsegment einer Reifenvulkanisationsform, in welches gemäß der Erfindung gestaltete Formelemente eingesetzt sind und welches zumindest zum Teil nach einem additiven Verfahren aus einem Metallpulver hergestellt ist und im additiven Verfahren hergestellte, miteinander in Verbindung stehende Mikrokanäle und/oder Mikroporen enthält, welche als Luftableitwege wirken und mit der porösen luftdurchlässigen Struktur der Formelemente in Verbindung bzw. in Kontakt stehen. Bei beiden Formsegmentvarianten ist für eine gute Ableitung der Luft aus dem Formsegment gesorgt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Reifenvulkanisationsform, welche einen Segmentring enthält, welcher aus solchen Formsegmenten besteht.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Fahrzeugluftreifen, welcher in einer derartigen Vulkanisationsform vulkanisiert worden ist und an Rillen- und/oder Einschnittwänden Abdrücke der porösen luftdurchlässigen Struktur der Formelemente aufweist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a und 1b eine Ausführungsform eines Formelementes, eingesetzt in ein Formsegment,
1a das Formelement in einem mittigen Längsschnitt,
1b das Formelement in einem mittigen Querschnitt,
- 2a und 2b eine weitere Ausführungsform eines Formelementes, eingesetzt in ein Formsegment,
2a das Formelement in Seitenansicht
2b das Formelement in einem mittigen Querschnitt und
- 3a, 3b und 3c Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Formelementes
3a in Draufsicht mit angedeutetem Formsegment,
3b in einer Schnittdarstellung entlang der durch die Linie IIIb-IIIb der 3a angedeuteten Schnittebene und
3c in einer Schnittdarstellung entlang der durch die Linie IIIc-IIIc in 3a angedeuteten Schnittebene.
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Die Erfindung befasst sich mit der Ausgestaltung von Formelementen für eine Vulkanisationsform zum Vulkanisieren von Fahrzeugreifen. Eine derartige Vulkanisationsform weist einen Segmentring aus einer Anzahl von aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Formsegmenten auf, welche den Laufstreifen des Reifens mitsamt seiner Profilierung ausformen und sind an ihren der Formkavität zugewandten Formseiten mit Formelementen versehen, die bei der Herstellung des Segmentringes entweder mitgegossen oder eingegossen werden. Zu den mitgegossenen Formelementen gehören Rippen zur Ausbildung von breiteren Rillen im Laufstreifen, zu den eingegossenen Formelementen separat aus Stahl hergestellte Lamellen, welche im Laufstreifen schmale Einschnitte, und eingegossene Rippen, welche schmälere Rillen einformen. Lamellen weisen üblicherweise eine Materialdicke von 0,3 mm bis 1,2 mm, insbesondere 0,4 mm bis 0,8 mm auf, eingegossene Rippen weisen üblicherweise größere Materialdicken als Lamellen, insbesondere von bis zu 3,0 mm auf. Formelemente gemäß der Erfindung sind sowohl Lamellen als auch Rippen, welche separat durch ein additives Fertigungsverfahren aus einem Metallpulver hergestellt sind, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen.
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Die in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten von Formelementen 1 sind der Einfachheit halber als unstrukturierte, ebene und rechteckige Plättchen konstanter Dicke dargestellt sind. Die Figuren zeigen das Formelement 1 im eingegossenen Zustand, sodass der das Formelement 1 unmittelbar umgebende Teilbereich des Formsegmentes 5 ebenfalls dargestellt ist. Wie beispielsweise 1a und 3b zeigen, weisen die Formelemente 1 einen vergleichsweise schmalen Verankerungsabschnitt 2, welcher den Eingussbereich mit Eingusslöchern 2a bildet, und einen Ausformungsabschnitt 3 auf, welcher den jeweiligen Einschnitt im Laufstreifen des Fahrzeugluftreifens ausformt und daher in unterschiedlichster Geometrie ausgeführt sein kann. Die Grenze zwischen dem Verankerungsabschnitt 2 und dem Ausformungsabschnitt 3 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet, welche sich, wenn das Formelement 1 im Formsegment 5 eingegossen ist, am Niveau der zur Formkavität weisenden Formseite befindet und daher nachfolgend als Formseitengrenze 4 bezeichnet ist. Der Verankerungsabschnitt 2 ist somit jener Teil des Formelementes 1, welcher sich innerhalb des Formsegmentes 5 befindet, der Ausformungsabschnitt 3 ragt von der Formseite ab.
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1a und 1b zeigen eine Ausführung eines Formelementes 1 mit einer Anzahl von Kanälen 6a, 6b und 6c, welche durch eine poröse, „semi-permeable“ Struktur des umgeschmolzenen Metallpulvers gebildet sind, sodass sie für Gase, also auch für Luft, durchlässig, hingegen für Flüssigkeiten undurchlässig sind. Die poröse Struktur ergibt sich durch das Versintern des Pulvermaterials. Der Grad der Versinterung und damit die Dichte und die Entlüftungseigenschaften der porösen Struktur können insbesondere durch die Laser-Verfahrwege, die Laserverfahrgeschwindigkeiten und die Laserleistung hochauflösend und bereichsgenau gesteuert werden. Es soll höchstens ein oberflächliches Eindringen des noch fließfähigen Gummimaterials nach der Verdrängung der Luft möglich sein. Der Begriff „Semi-Permeabilität“ ist derart zu verstehen, dass Luft entweichen kann, jedoch die poröse Struktur bei den herrschenden Druckverhältnissen vom liquiden Gummimaterials nicht durchflossen werden kann. Die Liquidität kann sich mischungsabhängig unterscheiden, sodass ggf. eine bedarfsgerechte Auslegung der porösen Struktur von Vorteil ist.
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In den Bereichen außerhalb der Kanäle 6a, 6b, 6c ist das Formelement 1 aus solidem umgeschmolzenem Material aufgebaut worden. Die Kanäle 6a durchqueren bzw. durchsetzen das Formelement 1 im Ausformungsabschnitt 3 bei bzw. knapp oberhalb der Formseitengrenze 4 und können, wie es 1a zeigt, unterschiedliche Querschnitte aufweisen, beispielsweise kreisförmig, dreieckig oder viereckig. Von jedem Kanal 6a verläuft ein weiterer Kanal 6b mittig durch das Formelement 1 parallel zu dessen Seitenflächen in Richtung des unteren, freien Kantenbereiches des Verankerungsabschnittes 2. Sämtliche Kanäle 6b münden in den Kanal 6c, welcher entlang des unteren Kantenbereiches des Verankerungsabschnittes 2 des Formelementes 1 ausgebildet ist und wie es 1b zeigt mit dem soliden Material an diesem Kantenbereich bündig abschließt.
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Zumindest eine Entlüftungsbohrung 7 wird im fertig hergestellten Formsegment 5 derart erstellt, dass sie in Verbindung mit dem Kanal 6c steht, wie es in 1a und 1b gezeigt ist. Die Pfeile in diesen beiden Figuren versinnbildlichen mögliche Luftabführungswege durch die Kanäle 6a, 6b und 6c.
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2a und 2b zeigen eine Ausführung eines Formelementes 1, bei welchem zwei Schichten 8a, 8b die porösen, luftdurchlässigen Strukturen im Formelement 1 bilden. Die eine Schicht 8a verläuft entlang der Formseitengrenze 4 zwischen dem Verankerungsabschnitt 2 und dem Ausformungsabschnitt 3, gehört jedoch zum Ausformungsabschnitt 3. Die zweite, mit der Schicht 8a in Verbindung stehende Schicht 8b verläuft senkrecht zur Schicht 8a mittig durch den Verankerungsabschnitt 2 und durchsetzt diesen bis zu seinem äußeren, in den 2b unteren Kantenbereich. Beide Schichten 8a, 8b können auch derart ausgeführt sein, dass sie nur in einem Teilbereich des Ausformungsabschnittes 3 und des Verankerungsabschnittes 2 erstellt werden. Zumindest eine Entlüftungsbohrung 7 wird in Kontakt zur Schicht 8b erstellt.
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3a, 3b und 3c zeigen eine Ausführung eines Formelementes 1 mit einem Entlüftungselement 9, welches bei der Herstellung des Formelementes 1 durch das additive Verfahren mitgebildet wurde. Das Entlüftungselement 9 befindet sich an der einen Seitenfläche des Verankerungsabschnittes 2, ist bei der gezeigten Ausführung ringförmig gestaltet, weist eine mittige, parallel zum Verankerungsabschnitt 2 verlaufende Ringöffnung 9a und eine äußere und eine innere kreisringförmige Ringfläche 9b und 9c auf. Die äußere Ringfläche 9b befindet sich an der Formseitengrenze 4, sodass bei im Formsegment 5 eingesetztem Formelement 1 die Ringfläche 9b bündig mit der inneren Formseite des Formsegmentes 5 abschließt. An das Entlüftungselement 9 schließt im Inneren des Formsegmentes 5 eine Entlüftungsbohrung 7 an. In 3c ist ferner ein Gehäuse 10 eines in die Ringöffnung 9a des Entlüftungselements 9 befindlichen Entlüftungsventils eingezeichnet, welches nach dem Erstellen der Entlüftungsbohrung 7 eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsvariante ist das Formelement 1 mit Kanälen 11a, 11b und einer Schicht 11c aus einer porösen, luftdurchlässigen Struktur versehen. Die Kanäle 11a durchqueren das Formelement 1 im Ausformungsabschnitt 3 entlang der Formseitengrenze 4. Wie 3b zeigt, können zumindest einige der Kanäle 11a im Inneren des Formelementes 1 über einen Kanal 11'a miteinander verbunden sein. Von jedem Kanal 11a verläuft ein weiterer Kanal 11b mittig durch das Formelement 1 parallel zu dessen Seitenflächen in Richtung des unteren, freien Kantenbereiches des Verankerungsabschnittes 2. Sämtliche Kanäle 11b münden in die Schicht 11c, welche entlang des unteren freien Kantenbereiches des Verankerungsabschnittes 2 ausgebildet ist. Die Schicht 11c ist derart ausgeführt, dass sie im Anschlussbereich des Entlüftungselements 9 auch dieses durchsetzt bzw. mitbildet, sodass, wie es 3c zeigt, eine Verbindung zur Entlüftungsbohrung 7 hergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formelement
- 2
- Verankerungsabschnitt
- 3
- Ausformungsabschnitt
- 4
- Formseitengrenze
- 5
- Formsegment
- 6a, 6b, 6c
- Kanal
- 7
- Entlüftungsbohrung
- 8a, 8b
- Schicht
- 9
- Entlüftungselement
- 9a
- Ringöffnung
- 9b, 9c
- Ringfläche
- 10
- Gehäuse
- 11a, 11'a, 11b
- Kanal
- 11c
- Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202328 A1 [0002]
- DE 102004028462 A1 [0004]
