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Die Erfindung betrifft ein Formelement, welches in einem additiven Verfahren aus einem Metallpulver hergestellt ist und mit einer Lamelle oder eine Rippe versehen ist, welche Lamelle oder Rippe einen Verankerungsabschnitt zum Verankern in einem Formsegment einer, eine Forminnenseite aufweisenden Reifenvulkanisationsform und einen Ausformungsabschnitt zum Ausformen eines Einschnittes oder einer Rille im Laufstreifen eines Fahrzeugreifens während dessen Vulkanisation in der Reifenvulkanisationsform aufweist.
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Die Vulkanisation von Fahrzeugreifen erfolgt bekannter Weise in Heizpressen, in welchen 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 nun bekannt, Formsegmente, Teile von Formsegmenten und Formelemente durch ein additives Fertigungsverfahren, beispielweise durch SLM (selektives Laserschmelzen), aus einem Metallpulver herzustellen bzw. aufzubauen. So ist es beispielsweise aus der
DE 10 2012 202 328 A1 bekannt, Lamellen durch selektives Laserschmelzen herzustellen. Dadurch lassen sich vor allem Lamellen komplexer dreidimensionaler Gestaltung exakt ausbilden.
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Insbesondere bei sogenannten Nordic-Reifen ist es üblich, zwischen den Einschnitten, welche eine Breite von insbesondere 0,4 mm bis 0,6 mm aufweisen, zwei oder mehr Mikroeinschnitte auszubilden. Diese Mikroeinschnitte verlaufen üblicherweise parallel zu den Einschnitten und weisen eine Breite und Tiefe von 0,1 mm bis 0,3 mm auf. Ein Fahrzeugluftreifen mit einem Laufstreifen mit derartigen Mikroeinschnitten ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 211 128 A1 bekannt. Die durch die Mikroeinschnitte gebildeten oberflächlichen Strukturen am Laufstreifen tragen bei neuem Reifen dazu bei, die Griffeigenschaften auf schnee- und/oder eisbedeckten Fahrbahnen deutlich zu verbessern, insbesondere weil sich der beim Bremsen und Beschleunigen auf solchen Fahrbahnen bildende Wasserfilm von der Oberfläche der Profilblöcke über die Mikroeinschnitte schnell ableiten lässt. Darüber hinaus stellen die Mikroeinschnitte Griffkanten zur Verfügung und verbessern dadurch die Traktions- und Bremsperformance des Reifens unter winterlichen Fahrbedingungen.
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Die Mikroeinschnitte werden durch Mikrolamellen, die beim Gussprozess des Segmentringes aus der Aluminiumlegierung mitgeformt werden, hergestellt. Beim Gießverfahren sind den Abmessungen und Ausgestaltungen der Mikrolamellen Grenzen gesetzt, sodass sich die Mikroeinschnitte nicht in der erwünschten Qualität und Exaktheit im Laufstreifen ausformen lassen. Darüber hinaus sind die derart hergestellten Mikrolamellen nur begrenzt verschleißresistent.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mikroeinschnitte im Laufstreifen auf besonders exakte Weise, in beliebiger Geometrie und beliebiger Ausgestaltung und Anordnung ausformen zu können.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Verankerungsabschnitt der Lamelle über mindestens ein Verbindungselement mit einem Trägerelement verbunden ist, welches mit zumindest einer Mikrolamelle mit einer Breite und einer Höhe von 0,1 mm bis 0,3 mm versehen ist, derart, dass die Mikrolamelle im Laufstreifen des Fahrzeugreifens einen Mikroeinschnitt ausformt, dessen Breite der Breite und dessen Tiefe der Höhe der Mikrolamelle entspricht.
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Gemäß der Erfindung ist bzw. sind eine oder mehrere Mikrolamelle(n) Bestandteil des durch ein additives Verfahren hergestellten Formelementes. Die Erfindung ermöglicht es somit, Mikrolamellen auf besonders exakte Weise und auch mit sehr geringer Dicke herzustellen, wobei auch der Abstand zwischen der einen Einschnitt üblicher Breite ausformenden Lamelle und jener Mikrolamelle, die am nächsten zur Lamelle positioniert ist, sowie der gegenseitige Abstand mehrerer Mikrolamellen sehr gering sein kann. Das beim Aufbauen des Formelementes verwendete Metallpulver sorgt für eine hohe Verschleißfestigkeit.
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Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Trägerelement des Formelementes ein langgestrecktes, parallel zum Verankerungsabschnitt der Lamelle verlaufendes Bauteil. Dabei kann das Trägerelement gleich lang wie der Verankerungsabschnitt, jedoch auch länger oder kürzer ausgeführt sein, je nachdem welche Ausgestaltung und Anordnung die Mikrolamellen aufweisen sollen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführung weist das Trägerelement des Formelementes äußere Abmessungen auf, die höchstens den äußeren Abmessungen des Verankerungsabschnittes der Lamelle entsprechen. Bei weiteren möglichen Ausführungen weist das Trägerelement größere oder kleinere äußere Abmessungen als der Verankerungsabschnitt der Lamelle auf. Auch diesbezüglich kann das Trägerelement vorteilhafterweise an die jeweiligen Gegebenheiten gut angepasst werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Trägerelement eine Dicke auf, die 0,5 mm bis 2,0 mm beträgt. Sehr schmale Trägerelemente eigenen sich vor allem für das Anordnen einzelner, sich im Wesentlichen parallel zur Lamelle erstreckender Mikrolamellen. Auf breiteren Trägerelementen können mehrere Mikrolamellen, beispielsweise in paralleler Anordnung zueinander und parallel zu der Erstreckungsrichtung der Lamelle, angeordnet werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass das Trägerelement eine Erstreckungsrichtung aufweist, die von der Erstreckungsrichtung der Lamelle abweicht und es ist auch möglich, das Trägerelement mit variierender Breite auszuführen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Trägerelement eine Oberseite auf, die sich bei im Formsegment befindlichem Formelement am Niveau der Forminnenseite befindet und auf welcher, gegebenenfalls in Abschnitten, zumindest eine Mikrolamelle vorhanden ist. Dabei können auf der Oberseite des Trägerelementes mehrere Mikrolamellen vorhanden sein, insbesondere auch eine Vielzahl von Mikrolamellen. Die Mikrolamellen können parallel zueinander verlaufen, sie können jedoch auch netzartig angeordnet sein oder insbesondere schräg zur Erstreckung des Trägerelementes oder der Lamelle in der Art einer Schraffur ausgebildet sein und verlaufen. Die Erfindung ermöglicht es daher, Mikroeinschnitte im Laufstreifen in einer Ausgestaltung und Anordnung auf exakte Weise auszuformen, was bislang mit dem herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist.
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Sind mehrere Mikrolamellen auf einem Trägerelement vorhanden, so beträgt der gegenseitige Abstand bevorzugt mindestens 0,2 mm, insbesondere um eine exakte Einprägung von Mikroeinschnitten im Laufstreifen des jeweiligen Fahrzeugreifens zu gewährleisten.
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Jedes Trägerelement ist zumindest über ein Verbindungselement mit dem Verankerungsabschnitt der Lamelle verbunden. Dabei können auch mehrere, insbesondere lokal begrenzt ausgebildete Verbindungselemente ein Trägerelement mit dem Verbindungsabschnitt verbinden. Solche Verbindungselemente können beispielsweise Verbindungsstege sein. Ist ein einziges Verbindungselement vorgesehen, so ist dieses bevorzugt eine über den Großteil der Längserstreckung des Trägerelementes verlaufende Verbindungsbrücke.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist zumindest ein Verbindungselement vorgesehen, welches ein insbesondere ringförmiges Entlüftungselement ist, welches eine parallel zum Verankerungsabschnitt verlaufende, kreisförmige Öffnung aufweist. Verbindungselemente können daher noch eine weitere Funktion erfüllen, nämlich eine Entlüftung des betreffenden Formsegmentes nahe der Lamelle zu ermöglichen. Dazu wird zur ringförmigen Öffnung des Entlüftungselementes bei im Formsegment eingebautem Formelement eine Entlüftungsbohrung im Formsegment erstellt.
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Wie bereits erwähnt wird das Formelement nach einem additiven Verfahren hergestellt. Zur Ausbildung der Mikrolamellen können diese im additiven Verfahren mitgebildet werden, sie können jedoch auch aus dem Trägerelement durch ein spanendes Verfahren oder mittels Laser geformt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Formsegment einer Reifenvulkanisationsform, welches Formelemente gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 enthält. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Reifenvulkanisationsform, welche einen Segmentring mit derartigen Formsegmenten enthält. Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Fahrzeugluftreifen, welcher in einer derartigen Vulkanisationsform vulkanisiert worden ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine Ansicht einer Ausführungsvariante eines Formelementes,
- 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II der 1, wobei zusätzlich ein Teilbereich eines Formsegmentes einer Reifenvulkanisationsform dargestellt ist,
- 3 und 4 Schnittdarstellungen von weiteren Ausführungsvarianten eines Formelementes.
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Die Erfindung befasst sich mit einer besonderen Ausgestaltung von durch ein additives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, aus einem Metallpulver hergestellten Formelementen für eine Vulkanisationsform zum Vulkanisieren von Fahrzeugreifen. Derartige Formelemente sind üblicherweise entweder Lamellen, welche im Laufstreifen schmale Einschnitte ausbilden oder eher schmälere Rippen, welche im Laufstreifen entsprechende Rillen ausformen. Lamellen weisen üblicherweise eine Dicke von 0,4 mm bis 1,2 mm, insbesondere von bis 0,8 mm auf, Rippen, die nach einem additiven Verfahren hergestellt werden, haben etwas größere Dicken von bis zu etwa 3,0 mm. Übliche Vulkanisationsformen zum Vulkanisieren von Rohreifen weisen meist aus einer Anzahl von aus einer Aluminiumlegierung durch Gießen mit Hilfe eines Gipskernes hergestellte, aus Formsegmenten bestehende Segmentringe auf, die den Laufstreifen des Reifens mitsamt seiner Profilierung ausformen. Dabei werden Formelemente, die breite Rillen, beispielsweise Umfangsrillen, ausformen, als Rippen gegossen, andere Formelemente, also Lamellen und/oder schmälere Rippen, bei der Herstellung des Segmentringes eingegossen.
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In den Figuren sind beispielhaft Formelemente 1 gemäß der Erfindung dargestellt, welche Lamellen 2 aufweisen. In 1 ist eine Ausführung eines Formelementes 1 in Schrägansicht gezeigt, in 2 ein Querschnitt dieses Formelementes 1 mitsamt dem umgebenden Teilbereich eines Formsegmentes 8. Die Lamelle 2 weist bei sämtlichen Ausführungen (1 bis 4) einen vergleichsweise schmalen, eine Breite b1 aufweisenden Verankerungsabschnitt 3a, welcher den Eingussbereich mit nicht dargestellten Eingusslöchern bildet, und einen Ausformungsabschnitt 3b auf, welcher den jeweiligen Einschnitt im Laufstreifen des Fahrzeugluftreifens ausformt und daher entsprechend der gewünschten Einschnittform gestaltet ist. Die Dicke der Lamelle 2 beträgt insbesondere 0,4 mm bis 0, 8 mm.
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Die Grenze zwischen dem Verankerungsabschnitt 3a und dem Ausformungsabschnitt 3b ist in sämtlichen Figuren durch eine gestrichelte Linie angedeutet, welche sich, wenn das Formelement 2 in einem Formsegment eingesetzt oder eingegossen ist, am Niveau der zur Formkavität weisenden Forminnenseite befindet und daher nachfolgend als Formseitengrenze 4 bezeichnet ist. Der Verankerungsabschnitt 3a ist somit jener Teil der Lamelle 2, welcher sich innerhalb des Formsegmentes befindet, der Ausformungsabschnitt 3b ragt von der Forminnenseite ab.
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Der Verankerungsabschnitt 3a der Lamelle 2 ist mittels zumindest eines Verbindungselementes 5 mit einem Trägerelement 6 fest verbunden. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Trägerelement 6 ein langgestrecktes, parallel zum Verankerungsabschnitt 3a verlaufendes Bauteil, dessen Länge der Länge des Verankerungsabschnittes 3a und dessen Höhe h1 der Breite b1 des Verankerungsabschnittes 3a entspricht. Die Dicke d des Trägerelementes beträgt insbesondere 0,4 mm bis 1,5 mm. Das Trägerelement 6 endet am Niveau der Formseitengrenze 4 und weist hier eine schmale, Oberseite 6a auf, auf welcher sich zumindest eine Mikrolamelle 7 befindet. Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführung sind zwei parallel zueinander verlaufende Mikrolamellen 7, bei der Ausführung gemäß 3 eine einzige Mikrolamelle 7 und bei der Ausführung gemäß 3 sind drei parallel zueinander verlaufende Mikrolamellen 7 vorgesehen.
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Die Mikrolamellen 7 können über die gesamte Erstreckung des Trägerelementes 6 verlaufend vorgesehen sein, sie können jedoch auch nur über Abschnitte der Oberseite 6a des Trägerelementes 6 verlaufen. Die Mikrolamellen 7 überragen das Niveau der Formseitengrenze 4, weisen eine Breite b2 und eine Höhe h2 von 0,1 mm bis 0,3 mm auf, wobei die Breite und die Höhe vorzugsweise konstant sind. Die Mikrolamellen 7 formen daher im Laufstreifen des Fahrzeugluftreifens Mikroeinschnitte mit einer Breite und einer Tiefe von 0,1 mm bis 0,3 mm aus, je nach der Ausführung der Mikrolamellen 7.
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Die Höhe h1 des Trägerelementes 6 stimmt bei den gezeigten Ausführungen mit der Breite b1 des Verankerungsabschnittes 3a der Lamelle 2 überein. Das Trägerelement 6 kann jedoch auch über die untere Randkante des Verankerungsabschnittes 3a hinausragen, seine Höhe h1 kann auch geringer sein als die Breite b1 des Verankerungsabschnittes 3a. Die Dicke d des Trägerelementes 6 wird insbesondere an die Anzahl der auf dem Trägerelement 6 vorgesehenen Mikrolamellen 7 angepasst und beträgt daher, wie erwähnt, insbesondere 0,5 mm bis 2,0 mm. Der gegenseitige Abstand a von zwei zueinander benachbarten Mikrolamellen 7 beträgt insbesondere zumindest 0,2 mm und vorzugsweise bis zu 0,5 mm. Bei einer größeren Dicke d des Trägerelementes 6 kann der gegenseitige Abstand von beispielsweise zwei oder drei Mikrolamellen 7 entsprechend größer sein.
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Bei der in
1 und
2 gezeigten Ausführung besteht die Lamelle
1 beispielhaft aus einer Anzahl von unter stumpfen Winkeln zueinander angeordneten Abschnitten, die auf beiden Seitenflächen abwechselnd aufeinanderfolgende vorspringende und rückspringende Lamellenbereiche bilden. Nachdem dies lediglich eine beispielhafte Ausgestaltung ist, wird auf sie im Detail nicht näher eingegangen. Das Trägerelement
6 ist im Bespiel analog zum Verankerungsabschnitt
3a mit unter stumpfen Winkeln zueinander verlaufenden Abschnitten versehen. Bei der in
1 und
2 gezeigten Ausführung sind ferner zwei Verbindungselemente
5 vorgesehen, welche gleichzeitig die Funktion von Entlüftungselementen erfüllen. Derartige Entlüftungselemente sind Gegenstand der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2019 209 147.4 . Kurz zusammengefasst sind solche Entlüftungselemente insbesondere ringförmig gestaltet und mit einer mittigen, parallel zum Verankerungsabschnitt
3a verlaufenden Ringöffnung versehen, wobei sich die obere äußere ringförmige Fläche der Entlüftungselemente am Niveau der Formseitengrenze
4 befindet. Bei im Formsegment eingesetztem bzw. eingegossenem Formelement
1 schließt an die Entlüftungselemente im Inneren des Formsegmentes
8 jeweils eine Entlüftungsbohrung an, die nachträglich in das fertig hergestellte Formsegment
8 von dessen Außenseite her gebohrt wird. Werden die Verbindungselemente
5 als Entlüftungselemente ausgebildet, ergibt sich ein Minimalabstand zwischen der am Nächsten zur Lamelle
2 befindlichen Mikrolamelle
7 in der Größenordnung von 1,5 mm bis 3,5 mm.
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Als Verbindungselemente zwischen der Lamelle 2 und dem Trägerelement 6 können auch einzelne voneinander beabstandete stegartige Elemente vorgesehen sein. Das Verbindungselement kann auch über die Erstreckungslänge des Trägerelementes 6 als langgestreckte Brücke und durchgehend ausgebildet sein. Bei diesen Ausführungen ist es möglich, eine Mikrolamelle 7 sehr nahe bei der Lamelle 2 anzuordnen, beispielsweise in einem Abstand von lediglich 0,5 mm.
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Nachdem üblicherweise bei Fahrzeugluftreifen, die für den Einsatz unter winterlichen Fahrbedingungen vorgesehen sind, eine relativ große Anzahl von Einschnitten ausgebildet ist, lassen sich mit erfindungsgemäß gestalten Formelementen Einschnitte mit zwischen den Einschnitten auf besonders exakte Weise ausgebildeten, sehr schmalen Mikroeinschnitte größerer Anzahl ausbilden.
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Wie bereits erwähnt, werden die Formelemente 1 durch ein additives Herstellverfahren aufgebaut. Dabei können die Mikrolamellen 7 mitaufgebaut werden, sie können auch aus einem Trägerelement 6, welches in einer die Formseitengrenze 4 etwas überragenden Ausgestaltung aufgebaut wird, nachträglich durch ein spanendes Verfahren oder mittels Laser geformt werden.
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Bei weiteren, gesondert nicht dargestellten Ausführungen können die Mikrolamellen nahezu beliebig auf dem Trägerelement verlaufen. So können beispielsweise auf dem Trägerelement Mikrolamellen vorhanden sind, welche netzartig oder insbesondere schräg über das Trägerelement und schraffurartig verlaufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formelement
- 2
- Lamelle
- 3a
- Verankerungsabschnitt
- 3b
- Ausformungsabschnitt
- 4
- Formseitengrenze
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Trägerelement
- 7
- Mikrolamelle
- 8
- Formsegment
- b1, b2
- Breite
- h1, h2
- Höhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012202328 A1 [0002]
- DE 102017211128 A1 [0003]
- DE 102019209147 [0024]
