DE10206882A1

DE10206882A1 - Luftreifen mit Sensor

Info

Publication number: DE10206882A1
Application number: DE2002106882
Authority: DE
Inventors: Norbert Kendziorra; Andreas Koebe; Roland Jenke
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-28

Abstract

In einem Mantel (2) eines Luftreifens ist ein mehrteiliger Sensor (1) eingebettet. Der mehrteilige Sensor (1) weist eine Messvorrichtung (3) und eine Antenne (4) auf, die miteinander über eine Lötstelle (5) elektrisch leitend verbunden sind. Zumindest die Lötstelle (5) ist von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit (6) umgeben, wobei die Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit (6) aus der überlicherweise als Mantelmaterial verwendeten, nicht leitenden Gummimischung besteht, die mit einer zusätzlichen Rußdotierung versehen ist. Der mehrteilige Sensor (1) kann als Oberflächenwellendetektor mit einer damit elektrisch leitend verbundenen Antenne (4) ausgeführt sein. Der mehrteilige Sensor (1) kann auch vollständig von der Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit umgeben sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem mehrteiligen Sensor mit elektrisch leitenden Verbindungen.
Um die Sicherheit und den Fahrkomfort bei Kraftfahrzeugen zu erhöhen, werden in zunehmendem Maße relevante Messgrößen während der Fahrt ermittelt und ausgewertet. Die Ergebnisse können ausschließlich zur Information angezeigt werden oder aber dazu verwendet werden, über komplexe Regelkreise in die Fahrzeugsteuerung einzugreifen. So werden beispielsweise bei Verwendung eines Antiblockiersystems (ABS) die Drehbewegungen der einzelnen Räder gemessen und in Abhängigkeit davon die auf die einzelnen Räder wirkende Bremskraft geregelt. Neben vielen weiteren bereits in Serie befindlichen Mess- und Regelsystemen wird ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand betrieben, um durch Messung und Auswertung zusätzlicher Kenngrößen die Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs zu verbessern und sicherer zu gestalten.
Mehrere wichtige Kenngrößen wie beispielsweise der Reifenluftdruck und die Verformung des Reifens können dabei direkt am oder im Luftreifen gemessen werden. Da die Auswertung und weitere Verwendung der gemessenen Daten meist im Inneren des Fahrzeugs erfolgt, muss eine Übertragung der Messdaten von dem schnell rotierenden Luftreifen zu der relativ dazu unbeweglichen Auswerteeinheit erfolgen. Eine Datenübertragung mittels elektrisch leitender Verbindungen ist nur mit einem hohen Konstruktionsaufwand möglich und äußerst anfällig gegenüber Abnutzungserscheinungen und äußeren Einflüssen.
Zur Vermeidung derartiger Schwierigkeiten ist es bekannt, im Luftreifen angeordnete Sensoren mit einem kleinen Funksender oder einem Transpondersystem auszustatten. Die gemessenen Daten können so berührungslos telemetrisch an einen Empfänger, zweckmäßigerweise die Auswerteeinheit, übertragen werden. Die Sende- oder Transpondersysteme werden zusammen mit der Messvorrichtung schon während der Herstellung im Inneren des Luftreifens angebracht oder im Mantelmaterial eingebettet. Die Sensoren sind nach der Herstellung üblicherweise nicht mehr von außen zugänglich. Dies führt einerseits zu einem größeren Schutz gegenüber äußeren Einflüssen, lässt andererseits jedoch eine Reparatur schadhafter Sensoren in wirtschaftlich sinnvoller Weise nicht mehr zu.
Im Luftreifen angebrachte, insbesondere im Mantelmaterial eingebettete Sensoren werden bei jeder Umdrehung des Luftreifens zusammen mit diesem verformt, was zu einer dauerhaften mechanischen Belastung der einzelnen Sensoren führt. Insbesondere Verbindungsstellen zwischen einzelnen Bauteilen des Sensors oder für die Datenübertragung genutzte Antennen sind dadurch besonders gefährdet und können infolge von Materialermüdung und Überbeanspruchung brechen, so dass kein elektrisch leitender Kontakt mehr besteht und der Sender funktionsuntauglich wird.

Aufgrund der großen Vielfalt der verschiedenen Messvorrichtung und unterschiedlichen Sendesystemen ist eine einstückige Sensorausführung auch wegen der damit verbundenen technischen Schwierigkeiten wirtschaftlich nicht sinnvoll einsetzbar. Eine wesentlich kostengünstigere und vielseitig verwendbare Lösung besteht in der Verwendung von mehrteiligen Sensoren, wobei die einzelnen Bauteile mittels Lötstellen elektrisch leitend verbunden sind. Die Lötstellen sind jedoch wie die Antennen stark bruchgefährdet und begrenzen dadurch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit mit derartigen Sensoren ausgerüsteter Mess- und Regelsysteme. Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, einen Luftreifen mit einem mehrteiligen Sensor mit elektrisch leitenden Verbindungen so zu gestalten, dass die Funktionsfähigkeit eines derartigen Sensors möglichst lange gewährleistet wird. Insbesondere soll eine unterbrochene elektrisch nicht mehr leitende Verbindung wie beispielsweise eine gebrochene Lötstelle, die weitere Verwendung des Sensors nicht unmöglich machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einzelnen Bauteilen mindestens teilweise von einem leitfähigem Material umgeben sind.

Bei einer unterbrochenen elektrisch leitenden Verbindung, beispielsweise bei einem Lötstellenbruch, sind immer nur sehr kurze Entfernungen zwischen den auseinandergebrochenen elektrisch leitenden Verbindungsstücken zu überbrücken. Sofern elektrische Signale zumindest in abgeschwächter Form zwischen den einzelnen Bauteilen übermittelt werden können, ist die Funktionsfähigkeit des Sensors mit einer gebrochenen Lötstelle meistens nur unwesentlich eingeschränkt, beispielsweise die Reichweite der telemetrischen Messdaten-Übermittlung geringfügig reduziert. Durch das Umgeben der bruchgefährdeten Verbindungen zwischen einzelnen Bauteilen mit leitfähigem Material wird eine derartige Überbrückung einer gebrochenen Lötstelle sichergestellt und in den meisten Fällen ein störungsfreier Betrieb des Sensors auch mit schadhaft unterbrochener Verbindung gewährleistet.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der mehrteilige Sensor als ein Oberflächenwellendetektor mit einer damit elektrisch leitend verbundenen Antenne ausgeführt ist. Mit solchen Sensoren können Verformungen, wie sie bei einem Luftreifen während der Fahrt auftreten, zuverlässig und mit großer Präzision gemessen werden. Die Oberflächenwellendetektoren sind ausreichend robust und können, eingebettet im Mantelmaterial des Luftreifens, über einen ausreichend langen Zeitraum den auftretenden Belastungen standhalten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sensor im Mantel des Luftreifens angeordnet ist und die elektrisch leitenden Verbindungen der einzelnen Bauteile von einem Mantelmaterial mit erhöhter Leitfähigkeit umgeben sind. Im Mantel des Luftreifens eingebettete Sensoren sind durch das die Sensoren umgebende Mantelmaterial mit Ausnahme der mechanischen Belastungen vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder Temperatur geschützt. Die Messung der Verformung eines Luftreifens während des Betriebs kann unmittelbar am Ort der Verformung gemessen werden, so dass keine fehlerbehaftete angenäherte Messung mittels im Abstand dazu angeordneten Sensoren notwendig ist. Im Bereich um die elektrisch leitenden Verbindungen kann dabei bei der Herstellung des Luftreifens ein Mantelmaterial mit erhöhter Leitfähigkeit verwendet werden. Dies ist herstellungstechnisch mit einfachen Mitteln durchführbar und führt zu keiner merklichen Veränderung der Laufeigenschaften des Luftreifens.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass im Bereich um die elektrisch leitenden Verbindungen eine üblicherweise als Mantelmaterial verwendete, nicht leitende Gummimischung mit einer zusätzlichen Rußdotierung versehen ist. Eine zusätzlich oder erhöhte Rußdotierung der für die Reifenherstellung verwendeten Gummimischung ist kostengünstig und mit einfachen Mitteln in der Fertigung möglich. Dabei kann über den Rußgehalt und Rußtyp der Gummimischung deren Leitfähigkeit innerhalb eines großen Bereichs beliebig vorgegeben werden. Auf diese Weise kann der Kompromiss zwischen einer hohen Leitfähigkeit und den mechanischen oder herstellungstechnischen Beschränkungen der rußdotierten Gummimischung an die jeweiligen Anforderungen anpassbar sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Antenne vollständig von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit umgeben ist. Neben den elektrisch leitenden Verbindungen wie beispielsweise Lötstellen sind insbesondere Antennen aufgrund der andauernden mechanischen Belastung erheblich bruchgefährdet. Wird die Bruchstelle der Antenne durch ein Material mit erhöhter Leitfähigkeit überbrückt, so ist in den meisten Fällen weiterhin eine zuverlässige Datenübertragung gewährleistet.

Vorzugweise ist vorgesehen, dass der mehrteilige Sensor vollständig von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit umgeben ist. Schon bei der Fertigung des aus mehreren Bauteilen zusammengesetzten Sensors kann dieser vollständig von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit überzogen werden. Auf diese Weise wird die Herstellung eines Luftreifens mit einem oder mehreren eingebetteten Sensoren wesentlich vereinfacht. Gleichzeitig sind alle möglicherweise bruchgefährdeten Bauteile und deren elektrisch leitenden Verbindungen von der Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit umgeben, so dass nicht mit zusätzlichem Aufwand einzelner, besonders gefährdeter Lötstellen gesondert ummantelt werden müssen.

Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt eines Luftreifens mit einem darin eingebetteten mehrteiligen Sensor, bei dem eine Verbindung von leitfähigem Material umgeben ist und
Fig. 2 eine vergleichbare Anordnung des Sensors in dem Luftreifen, wobei jedoch der gesamte Sensor von leitfähigem Material umgeben ist.
Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein mehrteiliger Sensor 1 in einem Mantel 2 eines nicht dargestellten Luftreifens angeordnet. Der mehrteilige Sensor 1 besteht aus einer Messvorrichtung 3 und einer damit verbundenen Antenne 4. Über eine Lötstelle 5 wird die Messvorrichtung 3 mit der Antenne 4 elektrisch leitend verbunden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lötstelle 5 von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit 6 umgeben.
Die andauernde Verformung des Mantels 2 des Luftreifens während des Betriebs führt zu einer hohen mechanischen Beanspruchung des im Mantel 2 eingebetteten mehrteiligen Sensors 1. Sollte dabei die besonders bruchgefährdete Lötstelle 5 schadhaft werden und auseinanderbrechen, so ist durch die Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit 6, die die gebrochene Lötstelle 5 vollständig umgibt, eine die weitere Funktionsfähigkeit des mehrteiligen Sensors 1 gewährleistende Überbrückung der gebrochenen Lötstelle 5 gegeben.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mehrteilige Sensor 1 vollständig von der Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit 6 umgeben.
Die Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit 6 besteht dabei im wesentlichen aus der üblicherweise für die Herstellung des Mantels 2 des Luftreifens verwendeten Gummimischung, der ein größerer Anteil an Rußpartikeln beigemischt ist. Zweckmäßigerweise werden dann für die Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit andere Füllstoffe, beispielsweise Kieselsäure, vermieden. Dadurch wird eine erhöhte Leitfähigkeit der veränderten Gummimischung erreicht, die etwa um einen Faktor 2000 geringer als die Leitfähigkeit eines Drahtes ist und eine ausreichend starke und zuverlässig Übermittlung elektrischer Signale ermöglicht.

Claims

1. Luftreifen mit einem mehrteiligen Sensor mit elektrisch leitenden Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Verbindungen (5) zwischen einzelnen Bauteilen (3, 4) mindestens teilweise von einem leitfähigem Material (6) umgeben sind.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Sensor (1) als ein Oberflächenwellendetektor mit einer damit elektrisch leitend verbundenen Antenne (4) ausgeführt ist.

3. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) im Mantel (2) des Luftreifens angeordnet ist und die elektrisch leitenden Verbindungen (5) der einzelnen Bauteile (3, 4) von einem Mantelmaterial mit erhöhter Leitfähigkeit (6) umgeben sind.

4. Luftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich um die elektrisch leitenden Verbindungen (5) eine üblicherweise als Mantelmaterial verwendete, nicht leitende Gummimischung mit einer zusätzlichen Rußdotierung versehen ist.

5. Luftreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (4) vollständig von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit (6) umgeben ist.

6. Luftreifen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrteilige Sensor (1) vollständig von einer Gummimischung mit erhöhter Leitfähigkeit (6) umgeben ist.