DE69725476T2

DE69725476T2 - Luftreifen mit einem transponder und einer ringförmigen antenne und verfahren zur herstellung eines derartigen reifens

Info

Publication number: DE69725476T2
Application number: DE69725476T
Authority: DE
Inventors: Frank William DUNN; Thomas Gary BELSKI; Walter Thomas STARINSHAK; Arun Amar SHAH; Warren Raymond MILLMIER; Walter Robert BROWN; Stephen Richard POLLACK; Raymond Gene STARKEY
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-12-10
Also published as: EP1037752B1; JP4100868B2; EP1037752A1; WO1999029522A1; AU5377198A; CA2310687A1; CA2310687C; ZA9810790B; JP2001525281A; DE69725476D1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Luftreifen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reifens, wobei der Reifen eine Vorrichtung und eine Antenne zur elektronischen Übertragung einer Reifen- oder Radidentifikation oder anderer Daten mit einer Funkfrequenz besitzt. Die Vorrichtung umfasst einen Funkfrequenz-Transponder, der einen IC-Chip mit einer Datenkapazität umfasst, die zumindest ausreicht, um die Kennungsinformation für den Reifen oder das Rad zu halten. Andere Daten, wie etwa der Befüllungsdruck des Reifens oder die Temperatur des Reifens oder des Rades an der Transponderposition, können von dem Transponder zusammen mit den Identifikationsdaten übertragen werden.
Wie durch die unten stehenden Verweisdokumente veranschaulicht, ist es im Stand der Technik bekannt, eine ringförmige Antenne einzusetzen, um mit Funkfrequenzen Daten von einem Transponder zu übertragen, der innerhalb des Aufbaus eines Reifens oder Reifen- und Radanordnung enthalten ist. In der Praxis ist es jedoch sehr schwierig, dies mit einer Antenne zu bewerkstelligen, die in einen Reifen im Zuge seiner Herstellung eingebaut wird. Sowohl Radial- als auch Diagonalreifen erfahren im Zuge ihrer Herstellung eine beträchtliche Durchmesser-Erweiterung. Diagonalreifen werden im Durchmesser erweitert, wenn sie in eine Vulkanisierpresse eingesetzt werden, welche typischerweise einen Heizbalg besitzt, der den Reifenrohling in die ringförmige Gestalt der ihn umgebenden Form zwingt. Gürtelreifen erfahren während des Zusammenbauens des Reifens oder des Formungsverfahrens eine Erweiterung im Durchmesser, und eine weitere Erweiterung im Durchmesser im Verlauf der Vulka nisation. Jede elektronische Schaltung, die an eine ringförmige Antenne gekoppelt ist, welche in den Reifen eingebaut ist, muss dafür geeignet sein, dass ihre elektrischen Anschlüsse diese Erweiterung des Reifens im Durchmesser während seiner Herstellung überstehen. Darüber hinaus muss die ringförmige Antenne in der Lage sein, die wiederholten Verformungen, die während der Reifenverwendung auftreten, zu überstehen.
Es ist wünschenswert, die Daten, die in dem Transponder enthalten sind, oder von diesem übertragen werden, in einer beliebigen Stellung um den 360°-Umfang des Luftreifens abzufragen oder zu lesen.
Ein wünschenswertes Merkmal einer Transpondervorrichtung in einem Reifen besteht darin, dass sie in der Lage ist, Reifendruckdaten zu übertragen, wenn ein Druckmessfühler in Verbindung mit derselben verwendet wird. Es ist auch wünschenswert, dass der Transponder in der Lage ist, Informationen in Bezug auf die Temperatur des Reifens an der Transponderposition zu übertragen.
Technischer Hintergrund
Anzeigemittel für die Reifensicherheit wurden im Stand der Technik vorgesehen, um anzuzeigen, wenn die Lauffläche eines Reifens bis zu dem Punkt verschlissen ist, an dem die Lauffläche oder der Reifen ersetzt werden muss. Siehe zum Beispiel De Cicco in dem U.S. Patent 3,770,040.
Während der Stand der Technik sich weiterentwickelte, wurden Systeme zur Überwachung des Fahrzeugreifendruckes und Ähnliches vorgeschlagen, worin ein Sender und ein Empfänger auf einer Fahrzeugkarosserie befestigt sind, und magnetisch gekoppelte Induktions- und Verstärkungsschaltkreise an dem Fahrzeugrad getragen werden, um eine Überwachung des Fahrzeugreifendruckes zu schaffen, wie von Allen in dem U.S. Patent 4,588,978 beschrieben. Andere Vorrichtungen zur Überwachung des Reifendruckes wurden von Galasko et al. in dem U.S. Patent 4,578,992 beschrieben, die eine Spule lehren, die in einem Reifen befestigt ist, welche mit einem Kondensator einen passiven Schwingkreis bildet. Der Schaltkreis wird durch Impulse erregt, die über eine außerhalb des Reifens angeordnete und an dem Fahrzeug gesicherte Spule geliefert werden, und die Frequenz in dem passiven Schwingkreis wird mit dem Reifendruck auf Grund der Veränderungen, die an dem Kapazitätswert des Kondensators verursacht werden, variiert. Die Frequenz in dem Schaltkreis wird durch eine Spule erfasst, die außerhalb des Reifens angeordnet und an dem Fahrzeug gesichert ist.
Milheiser lehrt in dem U.S. Patent 4,730,188 die Verwendung eines passiven integrierten Transponders, welcher an einem zu identifizierenden Gegenstand angebracht oder in diesen eingebettet ist, und durch eine induktive Kopplung von einem Interrogator erregt wird.
Fiorletta lehrt in dem U.S. Patent 5,289,160 ein drahtloses Reifendruck-Überwachungssystem, welches einen Fahrer bei einem niedrigen Druck in einem oder mehreren Reifen warnt. Fiorletta lehrt, dass ein Druckmesswandler, ein Sender und eine Antenne einteilig untergebracht und an dem Reifenschaft eines Reifens befestigt werden. Wenn der Druckmesswandler einen Reifendruck unterhalb eines vorgewählten Druckes erfasst, sendet der Sender ein Funkfrequenzsignal, das den Fahrer warnt, sobald es durch einen an dem Fahrzeug befestigten Empfänger empfangen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sender eine Vorrichtung, die periodisch durch ein RF-Signal von einem Sender an dem Fahrzeug abgefragt wird.
In der PCT-Anmeldung WO90/12474 wird gelehrt, dass elektronische Transponder in oder auf Fahrzeugreifen mit Drahtschleifenantennen eingebettet und elektromagnetisch durch Signale von einer Interrogatorspule betätigt werden können. Die Anmeldung zeigt, dass der Transponder auf die Betätigung anspricht, indem er eine verschobene Frequenz erzeugt, die mit Synchronisationsimpulsen moduliert wird, und digitale Informationen identifiziert, und dass er auch verwendet werden kann, um Informationen über den Zustand und die Umgebung des Reifens einzuschließen.
Hettich et al. lehren in dem U.S. Patent 5,140,851 eine Schaltkreisanordnung zur Überwachung des Luftvolumens in Fahrzeugreifen, welche eine Korrektur für die Temperatur des Reifens schafft. Das Patent gibt an, dass der Temperatur- und Druckmesswert des Reifens durch einen rotierenden Messfühler an dem Rad gemessen wird, welcher überwacht wird, und die Daten dann in einen Korrekturschaltkreis eingespeist werden, welcher auch eine Vielzahl von Korrekturparametern empfängt. Ein korrigierter Wert für die Temperatur oder für den Luftdruck in dem Reifen wird am Ausgang des Korrekturschaltkreises als eine Funktion der Korrekturparameter übertragen.
Die PCT-Anmeldung W092/20539 schafft ein Warnsystem für einen abnormen Reifenzustand, welches ein Gehäuse, ein Band zum Befestigen des Gehäuses an der Reifenfelge, einen Messfühler zur Überwachung des Zustandes innerhalb des Reifens, eine Schaltung, die operativ mit dem Messfühler verbunden ist, um Funksignale zu erzeugen, die den Reifenzustand anzeigen, eine Impedanzversorgung, die operativ mit der Schaltung verbunden ist, einen Fliehkraftschalter sowie einen Empfänger zum Empfangen der Funksignale umfasst.
Dunn et al. beschreiben in dem U.S. Patent 4,911,217 ein Funkfrequenz-Reifenidentifikationssystem mit einem IC-Chip-Transponder.
Pollack et al. lehren in dem U.S. Patent 5,181,975 einen Reifen, der einen integrierten Schaltkreis-Transponder besitzt, welcher eine Spulenantenne von einer kleinen umgebenen Fläche im Vergleich zu der von dem Wulst des Reifens umgebenen Fläche umfasst, die als Primärwicklung eines Transformators dient. Die Spule ist eben in der Gestalt, und wenn sie zwischen der Innenseele und der Karkasslage des Reifens angeordnet wird, kann sie einen Druckmessfühler einschließen.
Brown et al. lehren in dem U.S. Patent 5,218,861 einen Luftreifen mit einem integrierten Schaltkreis-Transponder, welcher eine Antenne besitzt, die durch elektrische oder magnetische Felder an den Wulst des Reifens gekoppelt ist.
Koch et al. lehren in dem U. S. Patent 5,500,065 das Anbringen einer Überwachungsvorrichtung radial einwärts von der Innenseele in einem Luftreifen, irgendwo in dem Kronenabschnitt des Reifens.
In dem Dokument DE-A-19532914, dem nächstliegenden Stand der Technik, wird gelehrt, eine Antenne durch Wickeln eines Drahtes in eine elastische Spirale zu konstruieren. Die Spirale dreht sich um die Rotationsachse des Reifens. Die elastische Eigenschaft der Spirale tendiert dazu, den Durchmesser der Spirale zu vergrößern, indem sie eine nach außen gerichtete Kraft zu der Lauffläche des Reifens hin ausübt. Spalte 10, Zeilen 48–64. Als ein Ergebnis wird die Spirale in dem Reifen gehalten, ohne dass eine Unterstützung erforderlich ist. Zusätzlich verhindern die elastischen Haltekräfte der Spiralen eine signifikante Verformung des Drahtes. Spalte 13, Zeilen 23–37.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft einen Luftreifen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reifens, wie in den Ansprüchen definiert. Sie umfasst eine Vorrichtung, welche in einen Reifen eingebaut werden kann, klein genug ist, damit sie keine merklichen Auswirkungen auf den Betrieb des Reifens hat, und robust genug ist, um den Millionen von Verformungen, die ein Reifen während seiner Verwendung an einem Fahrzeug erfährt, zu widerstehen.
Definitionen
Die folgenden Definitionen werden gegeben, um die Lektüre der Beschreibung sowie das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
"Überlagerung" bezieht sich auf die zusätzliche Summen- und Differenzfrequenzen die durch Mischen von zwei sinusförmigen Wechselstromquellen erzeugt werden.
"Sender" bezieht sich auf eine Funkfrequenz-Ausstrahlungsvorrichtung.
"Empfänger" bezieht sich auf eine Funkfrequenz-Empfangsvorrichtung.
"Interrogator" bezieht sich auf eine Kombination aus Sender, Empfänger und Dekodierer.
"Flußlinien" bezieht sich auf die magnetische Intensität und die Richtung des magnetischen Intensitätsvektors.
"Transponder" bezieht sich auf einen Empfänger von RF-Energie, der in der Lage ist, kodierte Informationen an einen Interrogator (Scanner) zu übertragen.
"Äquatorialebene (EP = Equatorial Plane)" bezieht sich auf die Ebene, die an der Reifenmittellinie geschnitten wird.
"Radial" bezieht sich auf eine Radiuslinie von einer Reifenachse zu einem Reifenumfang, und Linien, die dazu parallel verlaufen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht einen Querschnitt eines RMT-(radial medium truck) Reifens, der die Vorrichtung der Erfindung in der Krone des Reifens eingebettet hat.
2 veranschaulicht einen geschnittenen Abschnitt von 1, von der Felge radial nach außen gesehen.
3 veranschaulicht ein Diagramm einer möglichen Konfiguration der Vorrichtung.
4 veranschaulicht ein Diagramm einer alternativen Konfiguration der Vorrichtung.
5 veranschaulicht eine Reifenaufbautrommel mit einem Gummistreifen, einem integrierten Chip und einer Innenseele.
6 veranschaulicht eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Chip-/Antennen-Anordnung.
7 veranschaulicht eine Unteransicht der Anordnung von 6.
8 veranschaulicht einen Chip mit Leitungen, die mit den Karkasskorden in einem Reifen ausgerichtet sind.
9 veranschaulicht eine alternative Gestaltung der Antenne der Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Industrielle Anwendbarkeit
Es wird eine ringförmige Vorrichtung zur elektronischen Übertragung von Luftreifen- oder Radidentifikations- oder anderen Daten geschaffen. Die Vorrichtung umfasst einen Transponder, umfassend einen integrierten Schaltkreis-Chip und zumindest erste und zweite elektrische Leiter, die an den Chip gekoppelt sind. Der Chip veranlasst bei extern induzierter Funkfrequenz-Erregung, dass die Daten sequentiell von dem Chip als eine Spannung, die zwischen dem ersten und zweiten Leiter auftritt, ausgegeben werden. Eine Antenne, die zusammen mit dem Transponder eine ringförmige Gestalt aufweist, ist koaxial mit dem Reifen oder Rad. Die Antenne umfasst elastischen Stahldraht, und in einer veranschaulichten Ausführungsform einen Fadendraht, der in eine Helixform gewickelt wurde und einen Drahtdurchmesser von 0,04 mm bis 0,4 mm besitzt.
Wie hierin verwendet können der erste und zweite Leiter aus einem Draht bestehen, der einen Reifen umgibt, wobei der erste Leiter das Ende des Drahtes ist, der zu einer Klemme des Transponders gehört, und der zweite Leiter das Ende des Drahtes ist, der zu der zweiten Klemme des Transponders gehört.
Die Vorrichtung ist im Wesentlichen von nicht leitendem Gummi eingeschlossen und innerhalb des ringförmigen Bereichs des Reifens angeordnet.
Der Transponder ist in nicht leitende Materialen eingebettet, um im Wesentlichen Kurzschluss oder elektrische Leitung zwischen Chips und der Antenne, die über dem Chip angeordnet sein kann, zu verhindern. Der Antennenabschnitt weist eine Anpassungsbeziehung auf, die eine Ausdehnung der Antenne von 150 bis 2000% oder mehr gestattet. Da die Antenne aus elastischem Draht in einem hergestellten Reifen erweitert wird, eine ringförmige Gestalt besitzt und koaxial mit dem Reifen ist, übt die Feder eine Kraft radial nach innen zu der Rotationsachse des Reifens hin aus. Die Feder ist flexibel und verformt sich, wenn sich der Reifen verformt, und kann den wiederholten Verformungen des Reifens während der Verwendung ohne nennenswerte Ermüdung standhalten. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Antennenabschnitt um den EP eines Reifens, in welchen er eingebaut ist, angeordnet.
Leitfähiger Gummi kann verwendet werden, um eine Verbindung zwischen verschiedenen Leitungen der Antenne und des Transponders zu schaffen. Der leitfähige Gummi besitzt einen Zugmodul von 300 bis 400 psi (2,067 bis 2,759 kPa) bei einer Dehnung von 50%, eine Dehnung von 270 bis 350%, eine Höchstzugspannung von 1800–2100 (12,414 bis 14,483 kPa) psi, Haftung messingbeschichteter Stahldraht/Gummi mit einer Kraft von ungefähr 50 N (75% Gummiabdeckung) und eine T₉₀ Vulkanisierzeit von 30 Minuten.
Ebenfalls geschaffen wird eine Antenne, die konstruiert ist, um ein Signal von einer Übertragungsvorrichtung zur elektronischen Aktivierung des elektronischen Schaltkreises des Chips und zur Übertragung von Daten von dem elektronischen Schaltkreis zu einer Empfangsvorrichtung zu empfangen.
Ebenfalls geschaffen wird ein Luftreifen, umfassend zumindest zwei parallele ringförmige Wülste, Karkasslagen, die um die Wülste gewickelt sind, eine Lauffläche, die über den Karkasslagen in einem Kronenbereich des Reifens angeordnet ist, Seitenwänden, die zwischen die Lauffläche und die Wülste eingebracht sind, und ein Erfassungssystem, das radial einwärts von der Innenseele angeordnet ist. Das Erfassungssystem umfasst die Vorrichtung der Erfindung wie beschrieben.
Beschreibung der Erfindung
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 wird ein Reifen 10 veranschaulicht, welcher ein Transpondersystem 30, oder einen Signalerzeuger umfasst, welcher verwendet werden kann, um Reifendaten, wie etwa den Befüllungsdruck innerhalb des Reifens, die Temperatur des Reifens, und die Reifenidentifikation zu liefern. Wie im Stand der Technik üblich, wird der Reifen unter Verwendung von zumindest einem Paar ringförmiger Wülste 12 hergestellt, um welches zumindest eine Karkasslage 16 gewickelt ist. Bänder 18 sind über der Karkasslage 16 in einem Kronenbereich des Reifens angeordnet, und die Lauffläche 20 ist über den Bändern 18 angeordnet. Seitenwände 23 sind zwischen der Lauffläche 20 und den Wülsten 12 eingebracht. In der veranschaulichten Ausführungsform besitzt der Reifen auch eine Innenseele 14, welche radial unter der Karkasslage 16 angeordnet ist.
Der veranschaulichte Reifen ist ein RMT-Reifen (mittlerer Radial-LKW-Reifen), doch wird der Fachmann einsehen, dass die Vorrichtung der Erfindung auch in PKW-Reifen, oder in beliebigen Reifen, für welche Daten über den vergangenen oder den gegenwärtigen Zustand eines Reifens benötigt wird, von Nutzen sein kann.
Ein Reifen kann, abhängig von seinem Typ, bis zu vier Paare von Wülsten, bis zu 12 Karkasslagen, und bis zu 12 Bänder besitzen.
Unter Bezugnahme auch auf 2 in der veranschaulichten Ausführungsform ist das Transpondersystem 30 unter dem Zentrum der Lauffläche, d. h. an der Äquatorialebene (EP) des Reifens, und radial unterhalb der Karkasslage 16 und der Innenseele 14 angeordnet. Das Transpondersystem 30 umfasst einen oder mehrere IC-Chips 28, eine Antenne 26 und beliebige Hilfskomponenten, die zum Erhalt unterschiedlicher Arten von Daten benötigt werden, die gewünscht werden mögen, wie etwa Druckmessfühler und Ähnliches. Es wird angenommen, dass diese Position in dem Reifen die genauesten Daten ergibt, und die Daten des Reifens leichter zugänglich macht, ob der Reifen an einem Fahrzeug befestigt ist oder im Lager gestapelt ist, da die Daten abgerufen werden können, indem man an einem beliebigen Abschnitt der Lauffläche um den Umfang des Reifens von 360° herum einen Interrogator in die Nähe der Lauffläche bringt.
Das Transpondersystem 30 ist jenem ähnlich, das in den U.S. Patenten 5,181,975 und 5,218,861, der The Goodyear Tire and Rubber Company erteilt, und den ebenfalls diesem Unternehmen erteilten EP-A-1037753; 1037754; 1037755 veranschaulicht wird, welches Identifikationsdaten für den Reifen vorsieht, und verwendet werden kann, um den Reifendruck, die Temperatur des Reifens, und Ähnliches zu überwachen. In der veranschaulichten Ausführungsform werden die zwei bis sechs Chips des Transponders in eine Hartkunststoffverpackung eingeschlossen, die die gesamte Schaltung enthält, die zur Aktivierung eines jeden der Chips nötig ist. Die Chip-Verpackung, die in der veranschaulichten Ausführungsform verwendet wird, wurde von Phase IV Engineering für die Erfinder vorbereitet.
Der Antennenabschnitt 26 kann ein beliebiges Metall umfassen, welches eine ausreichende Leitfähigkeit schafft, um einen elektrischen Schaltkreis unter den Bedingungen, in welchen er in einem Reifen eingesetzt wird, aufrecht zu erhalten, und welches auf einen kleinen Durchmesser gezogen werden kann. Der Gummi des Reifens umgibt den Draht der Antenne, wenn der Reifen gebildet wird.
Auf Grund der Ausdehnungsschritte, die bei dem Bau des Reifens erforderlich sind, kann die Antenne 26 aus elastischem Draht 26a hergestellt sein, der zu der Art von Ausdehnung fähig ist, die bei dem Bau des Reifens erforderlich ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Antenne eine Feder, wobei die Helix der Feder eine Schlaglänge besitzt, die gleich dem Durchmesser des Drahtes bis zu etwa fünfmal dem Durchmesser des Drahtes ist.
In Übereinstimmung mit der Beschreibung in dem U.S. Patent 5,279,695 ist der bevorzugte Draht, der für die Antenne der Erfindung verwendet wird, allgemein als Kohlenstoffstahl bekannt, welcher auch als kohlenstoffreicher Stahl, gewöhnlicher Stahl, reiner Kohlenstoffstahl und unlegierter Kohlenstoffstahl bezeichnet wird. Beispiele für einen solchen Stahl sind die kohlenstoffreichen Stähle der Sorten 1070 und 1080 des American Iron and Steel Institute (AISI 1070 und 1080). Ein solcher Stahl verdankt seine Eigenschaften hauptsächlich dem Vorhandensein von Kohlenstoff, ohne wesentliche Mengen von anderen Legierungselementen. Das U.S. Patent Nr. 4,960,473 offenbart einige bevorzugte Stahllegierungen und ein Verfahren zur Herstellung von Stahlfäden, die in dieser Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann wird einsehen, dass andere Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt sowie solche, die Mikrolegierungselemente wie etwa Chrom und Bor enthalten, ebenfalls verwendet werden können.
Als eine alternative Ausführungsform vermuten die Erfinder hier, dass Stahlkupfer einen Antennendraht mit besonders erhöhter Leitfähigkeit liefert.
Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, welche auch andere Metalle in variierenden, geringeren Mengen enthalten kann. Alphamessing, welches von 63% bis 99% Kupfer und von 1% bis 37% Zink enthält, wird allgemein in Beschichtungsfäden zum Einsatz in der Herstellung von Fäden und Kabeln zur Verstärkung von Gummiartikeln verwendet. Normalerweise wird Messing mit einem Gehalt von 62 Gew.-% bis 75 Gew.-% Kupfer und von 38% bis 25% Zink bevorzugt. Eisen-Messing-Legierungen, wie in dem U.S. Patent Nr. 4,446,198 beschrieben, können verwendet werden, sowie andere Beschichtungen, zum Beispiel Zink.
Die Spiralantenne kann unter Verwendung einer Vorrichtung zur Federherstellung, wie etwa eines Torrin-Modells W-100, hergestellt werden. Die fertige Feder kann des Weiteren bei 260°C für eine Stunde ausgeglüht werden, um die Feder zur Verbesserung der Manipulation während des Zusammenbaus zu entspannen. Die Feder kann mit verschiedenen Gesamtdurchmessern erzeugt werden, vorzugsweise 0,4 bis 2 mm, wobei etwa 1 mm bevorzugt wird.
Der in dem Antennenabschnitt 26 verwendete Draht kann einen beliebigen Durchmesser aufweisen, der für eine spezielle Anwendung geeignet ist. Man nimmt an, dass für die normale Verwendung Drahtdurchmesser von 0,04 bis 0,4 mm allgemein brauchbar sind. Vorzugsweise liegt der Drahtdurchmesser in dem Bereich von 0,06 bis 0,2 mm in PKW- und mittleren Radial-LKW-Reifen (RMT). In der veranschaulichten Ausführungsform hat der Draht einen Durchmesser von 0,15 mm.
Während des Baus eines Reifens gibt es drei Änderungen der Ausdehnung innerhalb des Reifenaufbaus, welche zusammen den Reifen veranlassen, sich um 128% bis 133% von seiner Größe an der Aufbautrommel zu erweitern, siehe 5. Eine Antenne mit einer Ausdehnung von 150% bis 2000%, vorzugsweise 200% bis 1000%, ist für die Erfindung brauchbar. Der in der veranschaulichten Ausführungsform verwendete Drahtaufbau kann eine Nennausdehnung der Antenne von bis zu 1000% oder mehr schaffen. Um den Widerstand des Drahtabschnittes der Antenne zu minimieren, werden in der veranschaulichten Ausführungsform etwa 2 Fuß (61 cm) Federdraht gedehnt, um 6 Fuß (183 cm) des Reifenumfanges abzudecken.
Der Antennenabschnitt 26 kann in der veranschaulichten Ausführungsform in einer bis zu drei Windungen um den Reifen herum geschaffen werden. Obwohl ein ausreichendes Signal mit einer Windung des Antennenabschnittes 26 erreicht werden kann, wird das Signal verstärkt, wenn zusätzliche Windungen hinzugefügt werden, da die Menge des entwickelten Stromes in Übereinstimmung mit dem Ampereschen Gesetz von der Anzahl der magnetischen Flußlinien, auf welche die Antenne trifft, abhängt. Die Effizienz der Antenne kann auch verbessert werden, indem die Dicke der Messingbeschichtung an dem Antennendraht erhöht wird, oder indem Stahlkupfer in dem Antennendraht verwendet wird.
In der veranschaulichten Ausführungsform sind der Chip 28 und die Antenne 26 innerhalb des nicht leitfähigen Gummistreifens 22, radial einwärts von der Innenseele 14 enthalten. Der nicht leitfähige Gummistreifen 22 kann 1/2 Zoll bis zu vier Zoll (1,27 bis 10 cm) breit sein, und in der veranschaulichten Ausführungsform ist er etwa 1 Zoll (2,54 cm) breit.
Unter Bezugnahme auf 2 werden in der veranschaulichten Ausführungsform zwei Windungen des Antennendrahtes 26 verwendet. Eine Windung verläuft über den Chip 28, ist jedoch gegen den Chip 28 durch eine Schicht hochisolierenden Epoxids 24 isoliert.
Unter Bezugnahme auf 3 werden nun in einem alternativen Aufbau der Vorrichtung zwei Windungen der Antenne 26 erreicht, indem die Leitungen 32 des integrierten Chips 28 abgeschnitten und ein erstes Ende 34 eines Antennendrahtes 26 über die Leitungen 32 elektrisch, zum Beispiel durch Löten oder Einbetten in leitfähigen Kautschuk, verbunden wird, und das zweite Ende 36 in einen leitfähigen Kautschuk 40 eingebettet wird, und ein zweiter elastischer Antennendraht 26a auf dieselbe Art über Leitungen 32a mit einem ersten Ende 34a, das elektrisch an Leitungen 32a angeschlossen ist, und mit einem zweiten Ende 36a, das in leitfähigen Kautschuk 40 eingebettet ist, angeordnet wird. Ein Abschnitt der Antenne 38 kann durchgehend über dem leitfähigen Kautschuk 40 verlaufen, oder er kann zur leichteren Herstellung auch abgetrennt und an dem Abschnitt der Antenne 38 angeschlossen werden. Der Fachmann wird einsehen, dass die zusätzliche Windung der Antenne 26 von dem Chip 28 weg gewickelt werden kann, anstatt über dem Chip 28 angeordnet zu werden. Vergleiche 2 und 3.
Der Fachmann wird einsehen, dass leitfähiger Gummi verwendet werden kann, wo immer eine elektrische Verbindung zwischen der Antenne und den Chips, oder zwischen Abschnitten der Antenne benötigt wird.
In einem alternativen Aufbau, wie in 4 veranschaulicht, können zwei separate leitfähige Gummistreifen 40 eingesetzt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den zwei Enden der Antenne 26 und den zwei Sätzen von Leitungen 32 vorzusehen. In einer solchen Ausführungsform kann der Antennendraht 26 durchgehend sein.
Wenn eine Matrix 40 aus leitfähigem Gummi eingesetzt wird, wird es bevorzugt, dass eine Gummimatrix mit einem spezifischen Widerstand von 0,1–100 Ohm cm verwendet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform besitzt die Gummimatrix 40 einen elektrischen spezifischen Widerstand in dem Bereich von 5–50 Ohm cm, und in der spezifischen Ausführungsform besitzt sie einen spezifischen Widerstand von 7 Ohm cm.
Wenn Gummi gedehnt wird, erhöht sich sein spezifischer Widerstand, und der spezifische Widerstand von 7 Ohm cm für die veranschnulichte Ausführungsform wird in dem nicht gedehnten Gummi erhalten. Wenn der leitfähige Gummi um 17% gedehnt wird, beträgt der spezifische Widerstand in der veranschaulichten Ausführungsform etwa 10 Ohm cm.
Das zur Isolierung des Chips in der veranschaulichten Ausführungsform verwendete Epoxid ist Dexter/Hysol FP4323.
Der zur Isolierung des Chips und der Antenne verwendete Kautschuk ist ein nicht leitfähiger Kautschuk, der eine geringe Füllung mit nicht leitfähigem Ruß in dem Bereich von 0 bis 10 phr aufweist.
Der Isoliergummi muss Eigenschaften aufweisen, die mit seiner Verwendung in dem Reifen vereinbar sind. Der in der veranschaulichten Ausführungsform verwendete Isoliergummi besitzt einen Zugmodul von 8852 bis 9931 kPa (1240 bis 1440 psi), eine Bruchdehnung von 585 bis 785%, eine Shore A-Härte von 44 bis 48, einen 50%-Modul von 44 bis 54 N/cm² (65 bis 80 psi) (448 bis 552 kPa), eine T₉₀ von 7 bis 16 min. und ein spezifisches Gewicht (sg) von 1,04 bis 1,09.
Beispiele für isolierende und leitfähige Kautschuke, die in der Erfindung verwendet werden können, werden in dem U.S. Patent 5743973 beschrieben.
Unter nunmehrige Bezugnahme auf 6 und 7 umfasst der Chip 28 in einer alternativen Ausführungsform des Chips 28 der Erfindung einen Druckmessfühler 64, zusätzlich zu der anderen, oben beschriebenen Schaltung, und besitzt Kontakte 62 an der gegenüberliegenden Seite des Chips 28a von dem Druckmessfühler 64 und Epoxidwände 66, die die Unterseite des Chips 28a in Abschnitte unterteilen. Die Kanäle 68 zwischen den Wänden 66 schaffen eine Route für die zu einer Helix gewickelten Antenne 26, um neben oder nahe an dem Chip 28a und den Kontakten 62 vorbeizulaufen, während die unterschiedlichen Windungen der Antenne 26 von einander und von dem Chip 28a isoliert werden. Der Kontakt 62 kann vorzugsweise aus Kupfer bestehen und kann flach sein oder eine Kerbe oder einen Haken oder irgendein anderes Mittel zum Festhalten der Antenne 26 aufweisen, um die Aufrechterhaltung des Kontaktes zu unterstützen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 5 wird in der veranschaulichten Ausführungsform, wenn der Reifen hergestellt wird, eine etwa einen Zoll breite Schicht aus nicht leitfähigem Kautschuk 22 um die Mitte der Aufbautrommel 42 herum platziert. Ein Chip 28 wird auf dem nicht leitfähigen Kautschuk 22 platziert, und die Antenne 26 wird in einer Schleife angeordnet. Die Antenne 26 ist elektrisch mit jeder der Transponderleitungen 32 verbunden. Die Innenseele 14 wird über die Antenne 26 und den Transponder 30 360° um den Reifen 10 herum platziert, wodurch die Vorrichtung von der Karkasslage 16 und dem Gürtelaufbau 18 isoliert wird, welche nachfolgend der Aufbautrommel 42 hinzugefügt werden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8 wurde herausgefunden, dass in einigen Reifenkonstruktionen die Ausrichtung eines Chips 28b der Erfindung und seiner Leitungen 32 mit Korden 82 in einer Karkasslage während der Konstruktion des Reifens die Belastung des Chips und seiner Leitungen 32 verringert, da der Chip 28b mit einem Kord 82 mitläuft, wenn die Korde während der Konstruktion diagonal verzogen werden, anstatt zwischen zwei nebeneinander liegenden Korden gezogen zu werden. Dies hilft, einen Bruch des Chips oder eine Abtrennung der Leitungen von der Antenne während des Ausdehnungsschrittes der Reifenkonstruktion zu verhindern. Wenn zum Beispiel der Chip 28b in einen Diagonalreifen eingebaut wird, in welchem die Verstärkungskorde in einem Winkel α von 58° in Bezug auf die Mittellinie des Reifens liegen, wird die Längsrichtung der Chipverpackung und seine gegenüberliegenden Leitungen in einem Winkel von 58° in Bezug auf die Mittellinie des Reifens ausgerichtet. In ähnlicher Weise werden in einem Radialreifen, in welchem die Karkasskorde einen Winkel α von 90° in Bezug auf die Mittellinie des Reifens aufweisen, der Chip 28a und seine gegenüberliegenden Leitungen 32 in einem Winkel von 90° in Bezug auf die Mittellinie des Reifens ausgerichtet.
Das diagonale Verziehen der Karkasskorde während der Konstruktion eines Radialreifens ist nicht so ausgeprägt wie das diagonale Verziehen der Karkasskorde in einem Diagonalreifen während der Konstruktion, doch die Ausrichtung des Chips 28b mit den Karkasskorden 82 kann die Belastung des Chips 28b und der Leitungen 32 in jedem Reifen, in der sie verwendet werden, verringern. Der Reifen ist ansonsten in einer Weise konstruiert, die dem Fachmann bekannt ist.
Unter Bezugnahme auf 9 wurde herausgefunden, dass das Ansprechen auf den Interrogator verbessert werden kann, wenn die Impedanz der Antenne genau auf die Impedanz des Transponders abgestimmt wird, d. h., die Impedanzen können so abgestimmt werden, dass die Antenne nur die zur Aktivierung des Transponders erforderliche Leistung verwendet. Die Impedanz des Interrogators und des Transponders werden durch Verwendung eines Ferritkerns 96 abgestimmt, um die Spannung des Transponders 92 unter Verwendung von Windungen aus Magnetdraht 97a, 97b, die um den Ferritkern 96 herum gewickelt sind, schrittweise nach oben oder nach unten zu transformieren. Dementsprechend verbinden die Klemmen 98a und 98b die gegenüberliegenden Enden der Windungen 97a mit gegenüberliegenden Enden des Antennendrahtes 91, und die Klemmen 98c und 98d verbinden die gegenüberliegenden Enden der Windungen 97b mit dem Chip 94. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Druckmessfühler 95 an derselben Schaltungsplatte angeordnet wie der Chip 94. Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Funktion des Transponders und der Antenne in dieser Ausführungsform und ihr Aufbau unter Verwendung von leitfähigem Gummi im Wesentlichen jener der hierin beschriebenen vorhergehenden Ausführungsformen der Antenne entsprechen. Auf Grund des verbesserten Ansprechens braucht die Antennenvorrichtung 90 nur eine einzelne Windung des Drahtes 91 zu umfassen.
In der veranschaulichten Ausführungsform von 9 wurde das Transponderpaket von der Phase IV Engineering aus Boulder Colorado, unter Verwendung eines 0,06 Zoll/0,15 cm dicken Ferritkernes mit einem äußeren Durchmesser von 0,23 Zoll/0,58 cm und einem inneren Durchmesser von 0,12 Zoll/0,3 cm, Art. Nr. 5975000101, erhältlich von Fair-Rite Products Corp., One Commercial Row, Wallkill, N. Y. 12589, vorbereitet. Die Primärwicklung 97a wurde mit 19 Windungen optimiert und die Sekundärwicklung 97b wurde mit 80 Windungen unter Verwendung von Kupfermagnetdraht der Stärke 38 optimiert, wenn ein messingplattierter Feder-Antennendraht 91 verwendet wurde.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Interrogator so konstruiert, dass er das Rückgabesignal von dem Chip 24 liest, wenn sich ein Interrogator dem Transpondersystem 30 nähert. Der Interrogator überträgt eine spezifische Funkfrequenz und der Chip antwortet, indem er die Signalfrequenz heruntersetzt, um umgekehrt die Hälfte der Scannerfrequenz zu übertragen. Die Scannerfrequenz wird überlagert mit der Signalfrequenz, wodurch ein Differenz-Seitenband erzeugt wird, um die Signalantwort zu verstärken.

Claims

Luftreifen (10) mit zumindest zwei parallelen ringförmigen Wülsten (12), zumindest einer Karkasslage (16), die um die Wülste (12) gewickelt ist, einer Lauffläche (20), die radial außen von der zumindest einen Karkasslage (16) in einem Kronenbereich des Reifens angeordnet ist, Seitenwänden (23), die zwischen der Lauffläche (20) und den Wülsten (12) angeordnet sind, und einer Innenseele (14), wobei die Innenseele (14) radial innen von der jeweiligen Karkasslage (16) angeordnet ist, einem Erfassungssystem, das radial innen von den Karkasslagen (16) und der Innenseele (14) des Reifens (10) angeordnet ist, wobei das Erfassungssystem eine Vorrichtung zur Übertragung von Reifendaten besitzt, welche einen Transponder (30) zum Ansprechen auf vorbestimmte Signale, die ein Ansprechsignal zum Übertragen von Daten und Identifikationsinformationen auslösen, einen Chip (28), der zu dem Transponder (30) gehört und eine Kapazität besitzt, die zumindest ausreicht, um Druckdaten, Reifentemperaturdaten und Identifikationsinformationen für den Reifen (10) zu übertragen, und eine Antenne (26) umfasst, die eine ringförmige Gestalt mit elastischem Draht aufweist, der mit den Leitungen des Transponders verbunden ist, und koaxial mit dem Reifen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der elastische Draht ein Fadendraht ist, der zu einer Helix gewickelt ist und einen Drahtdurchmesser von 0,06 mm bis 0,2 mm und eine Schlaglänge aufweist, die gleich dem Durchmesser des Drahtes bis zu etwa fünfmal dem Durchmesser des Drahtes ist, und etwa zwei Fuß (0,61 m) Federdraht gestreckt sind, um sechs Fuß (1,83 m) des Reifenumfangs abzudecken, und dass (b) die Antenne (26) und der Chip (28) innerhalb eines nicht leitfähigen Gummistreifens (22) radial innen von der Innenseele (14) eingeschlossen sind.
Luftreifen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zu einer Ausdehnung von 150% bis 2000% in der Lage ist; und dass der nicht leitfähige Gummi (22) einen Zugmodul von 1240 bis 1440 psi (8,552 bis 9,931 kPa), eine Bruchdehnung von 585 bis 785%, eine Shore A-Härte von 44 bis 48 und einen 50 -Modul von 65 bis 80 psi (448 bis 552 kPa) aufweist.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass leitfähiger Gummi eine elektrische Verbindung zwischen der Antenne (26) und dem Chip (28), oder zwischen Abschnitten der Antenne schafft.
Luftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Gummi einen Zugmodul von 300 bis 400 psi (2,067 bis 2,759 kPa) bei einer Dehnung von 50%, eine Dehnung von 270 bis 350%, eine Höchstzugspannung von 1800–2100 psi (12,414 bis 14,483 kPa), eine Haftung messingbeschichteter Stahldraht/Gummi mit einer Kraft von ungefähr 50 N (75% Gummiabdeckung) und eine T90 Vulkanisierzeit von 30 Minuten besitzt.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht leitfähige Gummistreifen ½ bis 4 Zoll (1,27 bis 10,16 cm) breit ist.
Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens (10) mit einer ringförmigen Vorrichtung zur elektronischen Übertragung von Luftreifen-Identifikations- oder anderen Daten, umfassend einen Transponder (30) mit einem IC-Chip (28) und zumindest einem ersten und einen zweiten elektrischen Leiter (32), die an den Chip und eine Antenne (26) angeschlossen sind, welche einen elastischen Draht umfasst und welche zusammen mit dem Transponder eine ringförmige Gestalt besitzt und koaxial mit dem Reifen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Schicht von nicht leitfähigem Kautschuk (22), etwa ein Zoll (2,54 cm) breit, um die Mitte der Aufbautrommel (42) herum platziert wird; (b) der Transponder (30) auf dem nicht leitfähigen Kautschuk (22) platziert wird; (c) der elastische Draht durch Wickeln eines Fadendrahtes zu einer Helix mit einem Drahtdurchmesser von 0,06 mm bis 0,2 mm und einer Schlaglänge, die gleich dem Durchmesser des Drahtes bis zu etwa fünfmal dem Durchmesser des Drahtes ist, sowie durch Strecken des Federdrahtes, so dass etwa zwei Fuß (0,61 m) Federdraht gestreckt werden, um sechs Fuß (1,83 m) des Reifenumfangs abzudecken, gebildet wird; (d) die Antenne (26) in einer Schleife um den nicht leitfähigen Kautschuk (22) herum angeordnet wird; (e) die Antenne (26) elektrisch mit jedem der elektrischen Leiter (32) verbunden wird; und (f) eine Innenseele (14) über die Antenne (26) und den Transponder (30), 360° um den Reifen (10) herum, platziert wird, wodurch die Vorrichtung von einer Karkasslage (16) und einem Gürtelaufbau (18) isoliert wird, welche nachfolgend der Aufbautrommel (42) hinzugefügt werden.