FI127370B

FI127370B - Menetelmä liukuestenastan asentamiseksi ajoneuvon renkaaseen

Info

Publication number: FI127370B
Application number: FI20155831A
Authority: FI
Inventors: Tommi Ajoviita; Teemu Soini
Original assignee: Nokian Renkaat Oyj
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2018-04-30
Also published as: RU2676367C2; RU2016143407A; RU2016143407A3; FI20155831A

Abstract

Menetelmä liukuestenastan (100) asentamiseksi ajoneuvon renkaaseen (200), joka käsittää kulutuspinnan, joka on tarkoitettu alustaa vasten vierivään kontaktiin, johon kulutuspintaan on muodostettu kulutuspintakuvio, johon on muodostettu nastasyvennyksiä (210) liukuestenastoja (100) varten. Liukuestenasta (100) käsittää nastarungon (120) ja nastarunkoon kiinnitetyn nastakärjen (110). Menetelmässä järjestetään liukuestenastan (100) ja renkaan (200) väliin ainetta (130), joka aktivoituu adhesiiviseksi lämpötilan ylittäessä rajalämpötilan ja työnnetään liukuestenasta (100) nastasyvennykseen (210) asennustyökalun (300) avulla. Tämän jälkeen kohdistetaan liukuestenastaan (100) ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä, joka aikaansaa liukuestenastan (100) ja nastasyvennyksen (210) välisen aineen (130) kuumenemisen rajalämpötilan yli aiheuttaen aineen (130) adhesiivisen ominaisuuden aktivoitumisen.

Description

(54)

Haltija - Innehavare «Nokian Renkaat Oyj, PL 20, 37101 NOKIA, SUOMI - FINLAND, (Fl)

Keksijä - Uppfinnare «Ajoviita, Tommi, KANGASALA, SUOMI - FINLAND, (Fl) «Soini, Teemu, TAMPERE, SUOMI - FINLAND, (Fl)

Asiamies - Ombud

Berggren Oy, Visiokatu 1,33720 Tampere

Keksinnön nimitys - Uppfinningens benämning

Menetelmä liukuestenastan asentamiseksi ajoneuvon renkaaseen Förfarande för montering av en slirskyddsdubb i ett fordonsdäck (56) Viitejulkaisut - Anförda publikationer

EP 2255959 A2, GB 1180383 A, WO 03082555 A1 (57) Tiivistelmä - Sammandrag

Ett förfarande för att montera en slirskyddsdubb (100) i ett fordonsdäck (200) med en slitbana som är avsedd att vara i rullande kontakt med ett underlag, i vilken slitbana är gjort ett slitbanemönster med dubbfördjupningar (210) för slirskyddsdubbarna (100). Slirskyddsdubben (100) har en dubbstomme (120) och en dubbspets (110) som sitter fast pä dubbstommen. Vid förfarandet anordnas ett sädant ämne (130) mellan slirskyddsdubben (100) och däcket (200) vars adhesivitet aktiveras dä temperaturen överstiger en tröskeltemperatur, och skjuts in slirskyddsdubben (100) i dubbfördjupningen (210) med hjälp av ett monteringsverktyg (300). Slirskyddsdubben (100) utsätts därefter för en mekanisk vibration vid en ultraljudsfrekvens som värmer upp ämnet (130) mellan slirskyddsdubben (100) och dubbfördjupningen (210) tili en temperatur som är högre än tröskeltemperaturen med det resultatet att ämnets (130) adhesivitet aktiveras.

200

20155831 prh 01 -09- 2017

Menetelmä liukuestenastan asentamiseksi ajoneuvon renkaaseen [001] Keksintö koskee menetelmää ajoneuvon renkaan valmistamiseksi, joka ajoneuvon rengas käsittää kulutuspinnan, joka on tarkoitettu alustaa vasten vie5 rivään kontaktiin, johon kulutuspintaan on muodostettu kulutuspintakuvio, joka käsittää kehänsuuntaisia ja poikittaissuuntaisia uria veden poistamiseksi alustan ja renkaan väliseltä kontaktialueelta, sekä kulutuspintaan asennettavia liukuestenastoja, jotka käsittävät nastarungon ja nastarunkoon kiinnitetyn kovametallitapin.

[002] Keksintö koskee myös menetelmän avulla valmistettua ajoneuvon rengasta.

[003] Ajoneuvon renkaiden alalla on tunnettua asentaa varsinkin lumisia ja jäisiä 15 alustoja varten kehitettyihin talvirenkaisiin metallisia liukuestenastoja pidon parantamiseksi. Nastojen tehtävänä on pureutua jäähän ja muodostaa siten mekaaninen liitos alustan ja renkaan välille siksi lyhyeksi hetkeksi, kun nasta on kontaktissa alustaan renkaan vieriessä kyseisen alustankohdan yli. Nasta käsittää tyypillisesti kevytmetallista tai vastaavasta muodostetun nastarungon ja ko20 vametallista muodostetun tapin, jolloin varsinaisesti vain tappi on tarkoitettu kontaktiin alustan kanssa.

[004] Tekniikan tasosta tunnetaan useita erilaisia menetelmiä liukuestenastan asentamiseksi kulutuspintaan. Muun muassa Fl 123775B esittelee erään mene25 telmän liukuestenastan asentamiseksi. Siinä kolmileukainen asennustyökalu tarttuu liukuestenastaan ja painaa sen ajoneuvon renkaan kulutuspinnassa olevaan, vulkanointimuotin avulla aikaansaatuun nastasyvennykseen. Nastasyvennyksen mitat ovat noin 40 - 60 % pienemmät kuin vastaavat liukuestenastan mitat, jolloin renkaan materiaalin elastisuus saa aikaan varsin voimakkaan pu30 ristuksen liukuestenastaan, jolloin liukuestenasta pysyy paikoillaan koko renkaan eliniän.

[005] Yleisesti on tunnettua käyttää liimaa liukuestenastojen kiinnittämiseksi renkaaseen muodostettuun nastasyvennykseen. Tällaisia liimaustekniikoita on käytetty käytännössä suunnilleen jo niin kauan kuin metallisia nastoja on kiinnitetty kumista valmistettuihin paineilmatäytteisiin renkaisiin. Tekniikan ongelmana on ollut, että märkä liima tyypillisesti sotkee liikaa annosteltuna rengasta

20155831 prh 01 -09- 2017 sekä metallisen liukuestenastan ja renkaan kumin välinen sidos on jäänyt kestoiältään hyvin vaatimattomaksi. Käytännössä erilaiset lyhytaikaiset erikoissovellukset, kuten ralliautojen renkaat, ovat olleet tämän tekniikan ominta sovellusaluetta.

[006] Tekniikan tasosta tunnetaan WO2011069702A1, jossa liukuestenastat kiinnitetään kuumennettavan liiman ja höyry- tai vastaavan kuumennuksen avulla.

[007] Tekniikan tasosta tunnetaan EP 2255959 B1, jossa liukuestenastat esikäsitellään adhesiivisella aineella, joka sitten asennuksen jälkeen kuumennetaan induktiolaitteella, jolloin adhesiivinen aine aktivoituu ja jäähtyessään liimaa liukuestenastan kiinni nastasyvennykseen.

[008]Tunnetussa tekniikassa on eräitä ongelmia. Esimerkiksi induktiokuumennuksessa nastat eivät välttämättä lämpene tasaisesti, mikä saattaa aiheuttaa sen, että kaikki adhesiivinen aine ei aktivoidu prosessissa. Lisäksi koko renkaan käsittely nastojen asennuksen jälkeen lisää prosessivaiheiden määrää.

[009] Nyt kyseessä olevan keksinnön tavoitteena on edelleen kehittää nastarenkaita ja niiden pito-ominaisuuksia. Keksinnön eräänä tavoitteena on tarjota uudentyyppinen valmistusmenetelmä liukuestenastan kiinnittämiseksi renkaaseen. Ajoneuvojen alalla eräs pitkään jatkunut trendi on moottoritehon nousu, joka aiheuttaa liukuestenastojen suhteen kasvaneen liukuestenastaan kohdis25 tuneen taivutusvoiman kiihdytettäessä. Varsinkin alustan ollessa paljas asfaltti ilman jäätä tai lunta yhdistettynä raskaaseen ajoneuvoon ja suureen moottoritehoon tämä nastaa taivuttava voima on merkittävä ja voi aiheuttaa liukuestenastojen ennenaikaisen irtoamisen. Tavoitteena on siten lisätä liukuestenastan ja renkaan materiaalin välistä kiinnipitovoimaa. Kiinnipitovoimaa voidaan lisätä ad30 hesiivisen aineen avulla ja lisäksi aktivoimalla adhesiivinen aine jäljempänä kuvattavalla tavalla.

[010] Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että nastan kiinnityksessä käytettävä adhesiivinen aine lämmitetään (eli aktivoidaan) käyt35 tämällä ultraääntä. Täsmällisemmin keksintö on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1.

20155831 prh 01 -09- 2017 [011] Eräässä suoritusmuodossa ultraääni kohdistetaan nastaan tähän soveltuvan laitteen, eli ultraäänivärähtelijän, avulla ultraääntä siten, että ultraäänivärähtelijä saatetaan kontaktiin nastan kanssa. Tällöin nastaa painetaan ultraäänivärähtelijän avulla renkaaseen.

[012] Eräässä suoritusmuodossa voima, jolla ultraäänipäätä painetaan nastaan, on riittävä, jotta ultraäänipää pysyy jatkuvassa kontaktissa nastaan nastan lämmityksen ajan. Eräässä suoritusmuodossa mainittu voima on ajan suhteen vakio nastan lämmityksen ajan. Voiman mitoituksessa on edullista, että ultraäänipää on jatkuvassa kontaktissa nastan kanssa nastan lämmityksen ajan. Ultraäänipään ja nastan välisen kontaktin aukeaminen merkittävästi heikentäisi ultraäänen siirtymistä nastaan. Voima on edullisesti mitoitettu lisäksi siten, että nasta pysyy kuumennuksen aikana nastasyvennyksessään, eli ei tunkeudu rengasmateriaalin sisään voiman vaikutuksesta. Tämä saattaisi aiheuttaa epätark15 kuutta nastan ulkonemaan renkaasta.

[013] Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisissa kuvissa esitettyihin suoritusmuotoihin viitaten.

[014] Kuva 1 esittää erään suoritusmuodon mukaista liukuestenastaa sivulta katsottuna, [015] kuva 2 esittää liukuestenastan asentamista renkaaseen, [016] kuvat 3a-3c esittävät renkaaseen asennetun liukuastenastan ja renkaan väliin järjestetyn liiman kuumentamista ultraäänen avulla, [017] kuvat 4a-4c esittävät erilaisia värähdysmoodeja liiman lämmittämiseksi ja [018] kuvat 5a-5d esittävät nastan asentamista renkaaseen.

[019] Kuvassa 1 on esitetty sivulta päin nähtynä eräs liukuestenasta 100. Liukuestenasta 100 käsittää nastakärjen 110, joka käsittää liukua estävän pään

111. Nastakärki 110 voi olla osa kovametallitappia. Nastakärki voi muodostua kovametallitapista tai sen osasta. Liukua estävä pää 111 on järjestetty renkaassa 200 ollessaan ulkonemaan renkaasta 200, ja siten muodostamaan kontaktin tien pintaan, kun rengasta käytetään. Liukua estävä, eli kitkaa lisäävä, pää

20155831 prh 01 -09- 2017

111 on järjestetty liukuestenastan 100 pituussuunnassa Sn liukuestenastan 100 ensimmäiseen päähän. Pituussuunnalla Sn voidaan tarkoittaa esimerkiksi sellaista suuntaa, että ainakin yksi seuraavista: nasta 100, kovametallitappi 110 ja nastan runko 120 on symmetrinen ainakin erään sellaisen tason suhteen, joka käsittää mainitun pituussuunnan Sn. Kuten jäljempänä esitetään, eräissä suoritusmuodoissa ainakin nastakärki 110 on symmetrinen ainakin erään sellaisen tason suhteen, joka käsittää mainitun pituussuunnan Sn. Eräissä suoritusmuodoissa nastakärki 110 ei ole symmetrinen ainakin minkään sellaisen tason suhteen, joka käsittää mainitun pituussuunnan Sn. Liukuestenasta käsittää lisäksi rungon 120. Liukuestenastan 100 pituussuunnassa toisessa päässä on alusta 122, joka ulkonee säteittäisesti, pituussuuntaa vastaan kohtisuorasti, liukuestenastasta. Alusta 122 voi olla osa runkoa 120. Tällaisella nastan 100 muotoilulla saavutetaan se etu, että nasta voidaan asentaa tiukasti renkaaseen 200 (ks. kuva 2) järjestettyyn vastaavaan nastasyvennykseen 210, eli pohjalliseen reikään 210. Vastaava nastasyvennys 210 on pohjallinen, ja voi muodoltaan olla alaosastaan leveämpi kuin yläosastaan, liukuestenastan 100 muotoa vastaten. Pituussunnalla Sn voidaan tarkoittaa myös tai vaihtoehtoisesti suuntaa, joka on alustan 122 pinnan normaalin kanssa vastakkaissuuntainen. Pituussunnalla Sn voidaan tarkoittaa myös tai vaihtoehtoisesti suuntaa, joka suuntautuu alustasta

122 kitkaa lisäävään päähän 111.

[020]Viitaten kuvaan 1, erässä suoritusmuodossa liukuestenastan 100 pinnalle on järjestetty liimaa 130, eli adhesiivista ainetta 130, jo ennen liukuestenastan asentamista renkaan 200 nastasyvennykseen 210. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi liimaa 130 voidaan asentaa renkaan nastasyvennykseen 210 (ks. kuva 2). Edullisesti liimaa 130 on järjestetty liukuestenastan pinnalle. Edullisimmin liimaa 130 on järjestetty vain liukuestenastan 100 pinnalle. Tällä tavoin järjestetään liukuestenastan 100 ja renkaan 200 väliin adhesiivista ainetta 130 liukuestenastan 100 ja renkaan 200 välisen tarttumisen parantamiseksi.

[021] Liimana 130 voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa lämmöllä aktivoitavaa liimaa 130. Tyypillisimmin liima aktivoituu, kun sen lämpötila nousee ainakin 150 Celsiusasteeseen. Tyypillisesti liiman aktivoitumisen kannalta on edullista, että lämpötila pysyy riittävän korkeana riittävän pitkään. Tämä voidaan varmistaa pi35 tämällä liima 130 sopivassa lämpötilassa nastan 100 renkaaseen 200 liimauksen aikana. Liukuestenastaan 100 kohdistetaan ultraääntä liiman 130 kuumentamiseksi. Liima 130 voidaan kuumentaa ultraäänen avulla lämpötilaan, joka on

20155831 prh 01 -09- 2017 välillä 150 °C-250 °C. Kohdistettaessa liukuestenastaan 100 ultraääntä, liukuestenasta värähtelee suhteessa renkaaseen 200, jolloin renkaan 200 ja nastan 100 välissä oleva liima 130 kuumenee vaadittuun lämpötilaan. Tällöin yhtäältä liima 130 aktivoituu, ja toisaalta liima 130 pysyy riittävän kauan riittävän kuumana liukuestenastan 100 asentamisen jälkeen johtuen renkaan 200 kyvystä eristää lämpöä. On myös mahdollista käyttää kuumaliiman tyyppistä termoplastista (so. kestomuovipohjaista) adhesiivista ainetta 130, jonka adhesiiviset ominaisuudet perustuvat materiaalin itsensä kiinteytymiseen sulamisen jälkeen. Tällaisissa ratkaisuissa sillä, miten pitkään liima on kuumaa, ei ole juuri10 kaan merkitystä.

[022] Edellä esitetysti nasta 100 käsittää nastakärjen 110, kuten osan kovametallitappia. Kovametallitappi käsittää kovametallia. Eräässä suoritusmuodossa kovametallitappi koostuu kovametallista. Kovametallilla tarkoitetaan tässä yh15 teydessä muun muassa tunnetun tekniikan mukaista kovametallia. Kovametalli on tyypillisesti kulutusta kestävä metallinen komposiittimateriaali, joka voi sisältää volframia karbidiyhdisteenä ja sidosaineena on yleisimmin koboltti. Seoksissa voi olla mukana myös titaani-, tantaali-, molybdeeni- tai vanadiinikarbidia. Myös erilaiset lujuus-ja kulutusominaisuuksiltaan kovametallia vastaavat keraa20 mipohjaiset materiaalit tai erityisen kulutusta kestävät polymeerit voidaan tässä yhteydessä luokitella kovametalliin rinnastettavaksi materiaaliksi.

[023] Nastakärjen 110 ja/tai kovametallitapin poikkileikkaus voi olla ympyrä, ovaali, neliö, suorakaide, vinoneliö, vinosuorakaide, 5-kulmio, 6-kulmio, 7-kul25 mio, 8-kulmio, edellä mainittuja vastaavasti tähtimäinen tai muu vastaava. Eri kovametallitapin poikkileikkauksien avulla liukuestenastoilla varustettujen ajoneuvon renkaan ominaisuuksiin voidaan huomattavastikin vaikuttaa, samoin muuttamalla tämän poikkileikkauksen orientaatiota kehäsuuntaan eli vierimissuuntaan nähden.

[024] Kuvassa 2 on esitetty liukuestenastan 100 (so. 100b) asentamista renkaaseen 200. Rengas 200 käsittää pohjallisia nastasyvennyksiä 210, 210b, joihin liukuestenastoja 100 voidaan asentaa, tai jollaiseen liukuestenasta 100a on jo asennettu. Yksi liukuestenasta 100 asennetaan yhteen nastasyvennykseen

210. Nastaa 100 asennettaessa asennustyökalu 300 työnnetään renkaaseen siten, että työkalun leuat 305 työntyvät nastasyvennykseen 210. Tämä jälkeen

20155831 prh 01 -09- 2017 nasta 100 työnnetään leukojen 305 välistä nastasyvennyksen 210 pohjalle, jolloin nastan 100 pohjalaippa 122 levittää työkalun 300 leukoja 305 ja vastaavasti työkalun 300 leuat 305 levittävät nastasyvennyksen 210 nastalle 100 riittävän suureksi. Nasta voidaan työntää nastasyvennykseen esimerkiksi männän 310 avulla. Lopuksi työkalu 300 vedetään pois nastasyvennyksestä 210. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi niin, että mäntä 310 pitää nastasyvennykseen asennettua nastaa 100 nastasyvennyksessä 210 sillä aikaa, kun leuat 305 vedetään pois nastasyvennyksestä.

[025]Viitaten kuviin 3a-3c, on havaittu, että nastan 100 ja nastasyvennyksen

210 väliin järjestettyä liimaa 130 voidaan kuumentaa ultraäänen avulla. Ultraääntä voidaan johtaa nastaa 100 sovittimen 410 avulla. Kuvien 3a-3c mukaisesti sovitin 410 on järjestetty välittämään ultraääntä ultraäänityökalusta 400, erityisesti sen ultraäänilähteestä 420, nastaan 100. Kun sovitin 410 on järjestetty vä15 liitämään ultraääntä, myös sovitin 410 itse värähtelee. Tästä johtuen sovitinta 410 voidaan nimittää ultraäänivärähtelijäksi 410. Ultraäänilähteenä 420 voidaan käyttää mitä tahansa sinänsä tunnettua ultraäänilähdettä, kuten pietsosähköistä tai kapasitiivistä ultraäänilähdettä. Erityisesti voidaan käyttää sellaista ultraäänilähdettä 420, joka soveltuu myöhemmin mainittavien värähtelymoodien, ampli20 tudien, ja/tai taajuuksien tuottamiseen. Tyypillisimmin ultraäänilähdettä 420 ohjataan vaihtosähkön avulla, jolloin vaihtosähkön taajuus vastaa ultraäänen taajuutta ja vaihtosähkön voimakkuus (virta tai jännite; tyypillisemmin jännite) määrittää ultraäänen amplitudia. On myös mahdollista, että ultraäänilähde 420 ja ultraäänivärähtelijä 410 muodostavat yhden saumattoman kappaleen. On myös mahdollista, että ultraäänilähde 420 on kiinnitetty ultraäänivärähtelijään 410 esimerkiksi liimaamalla.

[026] Ultraäänen kohdistamiseksi nastaan 100 nastaa 100 painetaan ultraäänivärähtelijän 410 avulla samalla, kun ultraäänilähdettä 420 käytetään ultraäänen tuottamiseksi. Edellä esitetyllä tavalla tällöin ultraäänivärähtelijä 410 muodostaa kontaktin nastan 100 kanssa. Edullisesti kontakti jatkuu koko kuumennuksen ajan. Kun nasta 100 värähtelee, värähtely saa aikaan kuumenemista materiaalien rajapinnoilla ja erityisesti nastani 00 ja renkaan 200 välisessä liimassa 130. Tällöin liima 130 kuumenee ja aktivoituu. Ultraäänivärähtelijän 410 avulla voi35 daan kohdistaa ultraääntä nastakärkeen 110 (kuva 3c). Vaihtoehtoisesti tai lisäksi ultraäänivärähtelijän 410 avulla voidaan kohdistaa ultraääntä nastan 100

20155831 prh 01 -09- 2017 runkoon 200 (kuvat 3a ja 3b). Edullisesti ultraäänivärähtelijän 410 avulla kohdistetaan ultraääntä sekä nastakärkeen 110 että nastan 100 nastarunkoon 120 (kuva 3b). Tämä mm. siksi, että on havaittu, että ultraäänen siirtymisessä värähtelijästä 410 nastaan 100 on edullista, että kontaktipinta-ala ultraääniväräh5 telijän 410 ja nastan 100 välillä on suuri. Kuten jäljempänä esitetään, tällaisella kohdistamisella on muitakin etuja liittyen nastankärjen 110 pysymiseen nastassa 100.

[027] Viitaten kuvaan 3b, eräässä suoritusmuodossa ultraäänivärähtelijän 410 10 avulla kohdistetaan ultraääntä sekä nastan 100 nastakärkeen 110 että nastan

100 nastarunkoon 120. Kuvan suoritusmuodossa ultraäänivärähtelijän 410 muoto on sovitettu nastan muotoon, erityisesti nastan 100 sen pään, josta nastakärki 110 ulkonee, muotoon. Tällöin kuvassa esitetyllä tavalla kontaktipintaala Ak ultraäänivärähtelijän 410 ja nastan 100 välillä on suuri. Kontaktipinta15 alalla tarkoitetaan sellaisen alueen pinta-alaa, jolla ultraäänivärähtelijä 410 on kiinni nastassa 100 silloin, kun nastaa 100 painetaan ultraäänivärähtelijän 410 avulla. Eräässä esimerkissä nastalla 100 on pituussuuntaansa Sn vastaan kohtisuorassa tasossa poikkileikkaus, jolla on poikkipinta-ala An. Eräässä esimerkissä kontaktipinta-ala Ak on ainakin puolet, kuten ainakin 75 % poikkipinta20 alasta An. Kuvassa 3b kontaktipinta-ala Ak on ainakin 90 %, käytännössä noin 100% nastan poikkipinta-alasta An. Kuvassa 3c värähtelyä kohdistetaan vain nastakärkeen 110, ja vastaavasti pinta-alojen Ak ja An suhde on pienempi. Kuvassa 3a värähtelyä kohdistetaan vain nastarunkoon 120. Edullisesti värähtelyä kohdistetaan ainakin nastarunkoon 120, koska tällöin vältetään ultraäänen välit25 täminen yli ylimääräisten rajapintojen, sillä liima 130 on rungon 120 ja renkaan 200 välissä. Edullisemmin ääntä kohdistetaan myös nastakärkeen 110, jotta nastakärjen 110 ja rungon 120 väliin ei muodostuisi nastakärkeä 110 repiviä voimia. On havaittu että tuotaessa ultraäänivärähtelyä vain nastan runkoon saattaa tapahtua nastakärjen 110 irtoamista nastarungosta.

[028] Sillä, että liima 130 lämmitetään ultraäänen avulla edellä kuvatulla tavalla, on havaittu eräitä yllättäviä etuja. Ensinnäkin lämpeneminen tapahtuu oleellisesti juuri liimassa 130, mikä pitää prosessin nopeana ja energiataloudellisena. Toiseksi on havaittu, että nasta 100 asemoituu ultraäänikuumennuksen aikana tarkasti nastasyvennykseensä 210. Tämän johtuu siitä, että värähtelyn avulla nasta 100 automaattisesti hakee oikean asennon nastasyvennyksestä 210. Koi8

20155831 prh 01 -09- 2017 manneksi on havaittu, että liima 130 lämpenee tasaisesti ultraäänikuumennuksessa. Eräissä muissa menetelmissä, joissa liima aktivoidaan lämmittämällä nastaa, nastan lämpötilagradientit aiheuttavat sen, että liima 130 ei aktivoidu aivan tasaisesti tällaisissa prosesseissa. Neljänneksi on havaittu, että liiman pi5 tävyys paranee ultraäänikuumennuksessa. Tämä saattaa johtua siitä, että ultraäänikuumennuksen aikana ultraäänivärähtely työntää sulanutta liimaa 130 nastan 100 ja/tai renkaan 200 mikrohalkeamiin ja/tai muihin pintojen epätasaisuuksiin tehokkaasti, jolloin liiman 130 pitävyys paranee. Viidenneksi on havaittu, että ultraäänen käyttäminen mahdollistaa useiden eri materiaalien käyttämisen nastan asennustyökalussa 300 silloinkin, kun ultraäänivärähtelijä 410 on järjestetty asennustyökaluun 300. Eräissä muissa menetelmissä, kuten induktioon perustuvissa menetelmissä, saattaa olla edullista käyttää sähköä johtamattomia materiaaleja työkalussa.

[029]Viitaten kuviin 5a-5d eräässä suoritusmuodossa kohdistetaan liukuestenastaan 100 ultraääntä liukuestenastan asennustyökalussa 300 olevan värähtelijän 410 avulla ainakin sen jälkeen, kun nasta 100 on työnnetty nastasyvennykseen. Mahdollisesti ultraääntä voidaan kohdistaa nastaan 100 myös sillä aikaa, kun nastaa 100 työnnetään nastasyvennyksen. Esimerkiksi värähtelijä voi20 daan järjestää osaksi mäntää 310, jonka avulla nasta 100 työnnetään nastasyvennykseen 210. Viitaten edellä sanottuihin etuihin, eräässä suoritusmuodossa nastan asennustyökalu 300 käsittää ultraäänivärähtelijän 410 ja leuat 305, ja lisäksi leuat 305 käsittävät metallia.

[030] Viitaten kuviin 2 ja 3a, on mahdollista asentaa nasta 100 nastasyvennykseen tunnetun tekniikan mukaisesti (vrt. kuva 2), ja tämän jälkeen erillisellä värähtelijätyökalulla 400 kuumentaa nastasyvennykseen 210 nastan 100 ja renkaan 200 väliin järjestettyä liimaa 130. Tällöin asennustyökalusta 300 erillisen värähtelijätyökalun 400 avulla kohdistetaan liukuestenastaan 100 ultraäänitaa30 juista mekaanista värähtelyä sen jälkeen, kun nasta 100 on työnnetty nastasyvennykseen 210.

[031] On selvää, että nastaan 100 voidaan kohdistaa ultraäänivärähtelyä liiman 130 kuumentamiseksi sekä asennustyökalussa olevan ensimmäisen ultraääni35 värähtelijän 410 avulla (vrt. kuvat 5a-5c) että erillisessä värähtelijätyökalussa 400 olevan toisen ultraäänivärähtelijän 410 (vrt. kuva 3a) avulla. Edullisesti uit9

20155831 prh 01 -09- 2017 raäänitaajuista mekaanista värähtelyä kohdistetaan liukuestenastaan 100 liukuestenastan asennustyökalussa 300 olevan värähtelijän 410 avulla. Tämä yksinkertaistaa tarvittavaa laitteistoa.

[032] Sopivimmin liukuestenastaan 100 kohdistettavan ultraäänen taajuus on välillä 20 kHz-35 kHz. Tämän taajuisen ultraäänen on havaittu lämmittävän tehokkaasti useimpia soveltuvia liimoja 130. Kuten on tunnettua, äänen intensiteetti on verrannollinen amplitudin neliöön ja taajuuden neliöön. Vastaavasti on oletettavaa, että lämmitysteho riippuu äänen intensiteetistä. Tästä johtuen suu10 remmillä ultraäänen taajuuksilla voidaan saavuttaa tarvittava lämmitysteho pienemmällä värähdysamplitudilla. Eräässä suoritusmuodossa liukuestenastaan 100 kohdistetaan ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä siten, että liukuestenastan 100 värähtelyn amplitudi on 5 pm-60 pm. Siihen, miten värähtelyn energia siirtyy värähtelijästä 410 nastaan, 100 voidaan vaikuttaa mm. sillä, miten voimakkaasti nastaa 100 painetaan värähtelijän 410 avulla, kuten myös sillä, miten suuri kontaktipinta-ala Ak jää värähtelijän 410 ja nastan 100 väliin. Liian suuren amplitudin käyttö saattaa aiheuttaa nastan kärjen 110, kuten kovametallitapin tai sen osan, irtoamista. Tästä johtuen voi olla edullista valita ultraäänen taajuus edellä kuvatun välin yläpäästä, jolloin tarvittava amplitudi jää pienem20 mäksi. Eräässä suoritusmuodossa liukuestenastaan 100 kohdistettavan ultraäänen taajuus on 25 kHz - 35 kHz.

[033] Prosessin kannalta on edullista, että liima 130 kuumennetaan nopeasti. Eräässä suoritusmuodossa liimaukseen tarvittava energia tuodaan liimaan

0,2 - 1,5 sekunnin aikana, esimerkiksi noin sekunnin aikana. Tällainen aika on riittävän lyhyt nastaliimauksen teolliseen toteuttamiseen. Liian pitkä aika voi vaurioittaa nastaa, kuluttaa nastan runkoa 120 ja/tai irrottaa nastan kärjen 110. Myös käytettävä työkalu voi kulua prosessissa. Liian lyhyt aika puolestaan aiheuttaa sen, että liima 130 ei riittävästi aktivoidu.

[034] Kuvissa 4a-4c on havainnollistettu eräitä ultraäänen värähdysmoodeja. Kuvassa 4a ultraäänivärähtelijän 410 värähtely 412 (jota esitetään nuolella 412) tapahtuu vain suunnassa, joka on nastan 100 pituussuunnan Sn suuntainen. Tällöin liukuestenastaan 100 kohdistettavalla värähtelyllä on vain liukues35 tenastan 100 pituussuunnan Sn suuntainen komponentti. Kuvassa 4b ultraäänivärähtelijän 410 värähtely tapahtuu vain suunnassa 412, joka suuntautuu nastan 100 pituussuunnan Sn määräämän akselin ympäri nastan pituussuuntaa Sn

20155831 prh 01 -09- 2017 vastaan kohtisuorassa tasossa. Tällöin liukuestenastaan 100 kohdistettavalla värähtelyllä vain sellainen komponentti, joka suuntautuu liukuestenastan 100 pituussuuntaisen Sn akselin ympäri liukuestenastan 100 pituussuuntaista Sn akselia vastaan kohtisuorassa tasossa. Kuvan 4c mukaisesti käytettävällä ultraää5 neliä voi olla molempia edellä mainittuja komponentteja. Kuten kuvista 4a ja 4b käy ilmi, edellä mainittu amplitudi ja sen edullinen suuruus voi liittyä esimerkiksi vain toiseen värähtelyn komponenttiin. Kuten kuvasta 4c käy ilmi, edellä mainittu amplitudi ja sen edullinen suuruus voi liittyä esimerkiksi koko värähtelyyn sisältäen molemmat kuvien 4a ja 4b mukaiset komponentit.

[035]Viitaten kuviin 5a-5d eräässä suoritusmuodossa nastan 100 asentaminen tapahtuu seuraavasti. Kuvan 5a mukaisesti asennustyökalu 300 kohdistetaan renkaaseen 200 nähden siten, että asennustyökään 300 nastoituspää, erityisesti sen leuat 305, ovat kohdakkain nastasyvennyksen 210 kanssa. Tämän jäl15 keen kuvan 5b mukaisesti työkalua 300, erityisesti sen leukoja 305 työnnetään nastasyvennykseen 210. Tyypillisesti leuat 305 työnnetään nastasyvennyksen 210 pohjaan asti. Tämän jälkeen kuvan 5c mukaisesti nasta 100 työnnetään leukojen 305 välistä nastasyvennykseen 210, jolloin leuat 305 venyttävät nastasyvennystä 210. Nastan työntäminen voi tapahtua männän 310 avulla. Jossa20 kin vaiheessa nastan 100 nastasyvennykseen 210 työntämisen aikana tai sen jälkeen leuat 305 vedetään pois nastasyvennyksestä 304. Jonkin aikaa nastasyvennyksessä 210 voi olla leukoja 305 ja ainakin osa nastaa 200. Kuvan 5d mukaisesti männän 310 avulla pidetään nastaa 100 nastasyvennyksessä 210 samalla, kun leuat 305 vedetään nastasyvennyksestä 210 pois.

[036] Kuvien 5a-5d mukaisesti nastoitustyökalu 300 voi käsittää ultraäänivärähtelijän 410. Ultraäänivärähtelijä 410 voi olla esimerkiksi integroitu tankoon, kuten mäntään. Ultraäänivärähtelijä voi olla integroitu siihen mäntään 310, jonka avulla nasta 100 työnnetään nastasyvennykseen 210. Tällöin ultraäänikuumen30 nus on aloitettavissa esimerkiksi heti, kun leuat 305 on vedetty pois nastasyvennyksestä 210. Kuumentaminen saattaisi olla mahdollista jo silloin, kun jokin leuka 305 on nastan 100 ja renkaan 200 välissä. Tämä kuitenkin tarpeettomasti kuluttaisi työkalun 300 leukoja 305. Liimaa 130 ei välttämättä kuumenneta tällaisella ultraäänivärähtelijällä.

20155831 prh 01 -09- 2017 [037] Nastan 100 asentamisen jälkeen (joka asentaminen valinnan mukaan käsittää tai on käsittämättä myös ultraäänikuumennuksen) nastoitustyökalua 300 ja/tai rengasta 200 siirretään siten, että asennustyökalu 300 tulee kohdistetuksi renkaaseen 200 nähden siten, että asennustyökalun nastoituspää, erityisesti leuat 305, ovat kohdakkain seuraavan, tyhjän, nastasyvennyksen 210 kanssa. Seuraava nasta voidaan asentaa edellä kuvatulla tavalla tähän tyhjään nastasyvennykseen.

[038] Jos käytetään erillistä ultraäänityökalua 400 (ks. kuva 3a), sitä voidaan 10 käyttää jossakin sopivassa vaiheessa sen jälkeen, kun nasta 100 on edellä kuvatusti työnnetty nastasyvennykseen 210. Sopiva vaihe on esimerkiksi silloin, kun nastoitustyökalu 300 ei enää ole ultraäänityökalun 400 tiellä. Eräässä tällaisessa suoritusmuodossa ultraääntä kohdistetaan asennustyökalusta 300 erillisen värähtelijätyökalun 400 avulla nastaan 100 sellaisella ajanhetkellä, joka on ainakin 1,5 s sen jälkeen, kun nasta 100 työnnettiin nastasyvennykseen 210. On mahdollista kuumentaa liimaa 130 nastoitustyökaluun 300 järjestetyn ultraäänivärähtelijän 410 ja erillisen ultraäänityökalun 400 avulla. Lisäksi on mahdollista käyttää useampaa ultraäänityökalua 400 esimerkiksi ajallisesti peräjälkeen samaan nastaan. Lisäksi on mahdollista kuumentaa kahta tai useampaa nastaa samanaikaisesti kahdella tai useammalla eri ultraäänityökalulla 400. Työkalujen joustavan käytettävyyden kannalta voi olla edullista, että yksi ultraäänityökalu 400 on järjestetty kohdistamaan ultraääntä vain yhteen nastaan.

[039]Ultraäänikuumennus voi olla täysin erillinen prosessi joka voidaan tehdä pitkänkin ajan kuluttua nastan asentamisesta renkaaseen. On mahdollista välivarastoida nastoitettuja renkaita, ja aktivoida liima 130 myöhemmin ultraäänen avulla nastoituksesta erillisessä kuumennusprosessissa. Välivarastointi voi tapahtua esimerkiksi ainakin 2 metrin päässä nastoitustyökalusta 300.

[040] Keksintö ja sen eri suoritusmuodot eivät rajoitu edellä esitettyihin esimerkkeihin suoritusmuodoista. Esitetyt yksittäiset piirteet voivat esiintyä keksinnön mukaisessa ratkaisussa riippumatta muista esitetyistä yksittäisistä piirteistä. Patenttivaatimusten sisältämät tunnuspiirteiden olemassaoloa kuvaavat ilmaukset ovat avoimia siten, että tunnuspiirteiden esittäminen ei poissulje ratkaisusta sel35 laisia tunnuspiirteitä, joita ei ole esitetty itsenäisissä tai epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Claims

Patenttivaatimukset

20155831 prh 01 -09- 2017

1. Menetelmä liukuestenastan (100) asentamiseksi ajoneuvon renkaaseen

5 (200), jossa menetelmässä

- ajoneuvon rengas (200) käsittää kulutuspinnan, joka on tarkoitettu alustaa vasten vierivään kontaktiin, johon kulutuspintaan on muodostettu kulutuspintakuvio, johon on muodostettu nastasyvennyksiä (210) liukuestenastoja (100) varten, joka

10 - liukuestenasta (100) käsittää nastarungon (120) ja nastarunkoon kiinnitetyn nastakärjen (110), jossa menetelmässä

- järjestetään liukuestenastan (100) ja renkaan (200) väliin ainetta (130), joka aktivoituu adhesiiviseksi lämpötilan ylittäessä rajalämpötilan ja

- työnnetään liukuestenasta (100) nastasyvennykseen (210) asennustyökalun

15 (300) avulla, jossa menetelmässä liukuestenastan (100) nastasyvennykseen (210) työntämisen jälkeen

- kohdistetaan liukuestenastaan (100) ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä, joka aikaansaa liukuestenastan (100) ja nastasyvennyksen (210) välisen aineen (130) kuumenemisen rajalämpötilan yli aiheuttaen aineen (130) ad20 hesiivisen ominaisuuden aktivoitumisen, tunnettu siitä, että

- painetaan liukuestenastaa (100) ultraäänivärähtelijän (410) avulla ultraäänitaajuisen mekaanisen värähtelyn kohdistamiseksi liukuestenastaan (100) ja

- liukuestenastaan (100) kohdistettavan ultraäänitaajuisen mekaanisen värähtelyn amplitudi valitaan siten, että sen avulla saatetaan liukuestenasta (100)

25 värähtelemään amplitudilla, joka on 5 - 60 mikrometriä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- liukuestenastan (100) pinnalle on järjestetty mainittua ainetta (130).

30
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- kohdistetaan liukuestenastaan (100) ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä liukuestenastan asennustyökalussa (300) olevan värähtelijän (410) avulla.

35
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- kohdistetaan liukuestenastaan (100) ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä asennustyökalusta (300) erillisen värähtelijätyökalun (400) avulla.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- kohdistetaan ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä liukuestenastan (100) nastarunkoon (120) ja edullisesti lisäksi liukuestenastan (100) nastakärkeen

5 (110).
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- liukuestenastaan (100) kohdistettavan mekaanisen värähtelyn taajuus on ultraäänialueella, kuten 20 kHz - 35 kHz.
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- kohdistetaan liukuestenastaan (100) ultraäänitaajuista mekaanista värähtelyä 0,2 - 1,5 sekunnin ajan; edullisesti 1 sekunnin ajan.

15
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

- liukuestenastaan (100) kohdistettavalla ultraäänitaajuisella mekaanisella värähtelyllä on liukuestenastan (100) pituussuuntainen (Sn) komponentti.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 - liukuestenastaan (100) kohdistettavalla ultraäänitaajuisella mekaanisella värähtelyllä on komponentti, joka suuntautuu liukuestenastan (100) pituussuuntaisen (Sn) akselin ympäri liukuestenastan (100) pituussuuntaista (Sn) akselia vastaan kohtisuorassa tasossa.

20155831 prh 01 -09- 2017