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Dokumentenidentifikation DE69831117T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000906839
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Kleben eines aktiven Etiketts auf ein Patch und einen Reifen
Anmelder Bridgestone/Firestone North American Tire LLC, Nashville, Tenn., US
Erfinder Koch, Russell W., Hartville, US;
Walenga, Guy J., Mt.Juliet, US;
Wilson, Paul B., Murfreesboro, US
Vertreter Raffay & Fleck, Patentanwälte, 20249 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69831117
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.09.1998
EP-Aktenzeichen 981167612
EP-Offenlegungsdatum 07.04.1999
EP date of grant 10.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse B60C 19/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B60C 23/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung richtet sich auf ein Reifenpflaster nach dem Oberbegriff des Anspruches 15 und ein Verfahren zum Herstellen einer Reifenpflastereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solch ein Reifenpflaster und Verfahren sind aus der Lehre der EP-A-0 689 950 bekannt, welche offenbart, eine Überwachungseinrichtung in das Pflaster über einen Schlitz in dasselbe einzusetzen oder eine Tasche im Reifenaufbau vorzusehen und die Überwachungseinrichtung durch ein Pflaster abzudecken.

Es ist wünschenswert, die technischen Zustandsgrößen von Reifen, wie z.B. Abnutzung, Innendruck und Innentemperatur zu überwachen, um die Reifenkosten zu verringern und die Kraftfahrzeugeffizienz zu maximieren. Natürlich ist es vorteilhaft, solche Überwachung bei großen Lastkraftwagenreifen durchzuführen, die teuer sind.

Vorbekannte Verfahren zum Überwachen großer Lastkraftwagenreifen beinhalteten passive integrierte Schaltkreise, die im Reifenaufbau eingebettet wurden oder selbst angetriebene Schaltkreise, die außerhalb vom Reifen positioniert sind. Die passiven integrierten Schaltkreise verlassen sich auf induktive Magnetkupplung oder kapazitive Kupplung, um den Schaltkreis zu speisen, und so denselben aus einer entfernt vom Reifen liegenden Quelle mit Energie zu versorgen. Selbst- oder batteriebetriebene Schaltkreise, die außerhalb vom Reifen positioniert werden, sind Schäden aus der Umgebung ausgesetzt, wie z.B. Wetter, Straßengefahren und sogar Vandalismus.

Kürzliche Fortschritte im Konstruktionswesen haben die Installation von Überwachungseinrichtungen ermöglicht, die aktive integrierte Schaltkreise innerhalb der Reifen besitzen. Eine solche Einrichtung wird im US-Patent Nr. 5,562,787 von Koch et al beschrieben, das den Titel aufweist „Verfahren zum Überwachen von Zustandsgrößen von Kraftfahrzeugreifen", das hier durch Bezugnahme aufgenommen wird und auf den vorliegenden Patentinhaber übertragen wurde. Diese Einrichtungen umfassen einen aktiven Schaltkreis, der durch eine zweckbestimmte langlebige Miniaturbatterie gespeist wird und mindestens einen Sensor zum Erfassen, optischen Speichern und Übertragen von technischen Zustandsgrößen innerhalb des Reifens in Echtzeit. Derartige Einrichtungen sind dazu in der Lage programmiert zu werden, um in einem aktiven, jedoch ruhenden Zustand zu bleiben, jedoch automatisch in einen „erwachten oder aktiven Zustand" zuschalten, ansprechend auf ein externes Signal oder einen Zustand, der vorher eingestellte Grenzen überschreitet.

Eines der Probleme, die bei solchen aktiven Einrichtungen auftreten, liegt darin, dass sie empfindliche elektronische Einrichtungen darstellen, die unter rauben Umgebungsbedingungen eines Reifens arbeiten müssen. Es ist deshalb wichtig, diese Einrichtungen in den Reifen zu befestigen, um die Wirkung der rauben Reifenumgebung auf sie zu minimieren, während noch ermöglicht wird, dass sie dieser Umgebung ausgesetzt sind, um die genaue Überwachung der technischen Zustandsgrößen des Reifens für seine Lebensdauer genau überwachen. Diese aktiven Einrichtungen sind bisher in Reifen befestigt worden, in denen man die Einrichtung oder den Energie enthaltenden Schaltkreis in einem Material eingekapselt hat, dass eine starre oder halbstarre Umhüllung der Vorrichtung bildet, wodurch eine Beanspruchung der Vorrichtung als Ergebnis von ausgeübten Belastungen unterbunden wird. Solche Materialien umfassten Nicht-Schaumverbindungen, wie z.B. Urethane, Epoxidharze, Polyester-Styrolharze, harte Gummizusammensetzungen und dgl. Die eingekapselten Einrichtungen wurden dann in einem rohen Gummimaterial platziert, das ein Gehäuse bildet oder in eine rohen Gummitasche oder Beutel eingesetzt, der Teil des Reifens wird. Die eingekapselte Einrichtung wird danach permanent innerhalb des Gummimaterials während eines anschließenden Vulkanisierungsschrittes festgesetzt. Das rohe Gummimaterial, dass die eingekapselte Einrichtung enthält, kann mit dem grünen oder rohen Reifen zusammengebaut und anschließend mit dem Reifen vulkanisiert werden. Alternativ kann das rohe Pflaster, das die eingekapselte Einrichtung enthält, getrennt vulkanisiert und anschließend an einem ausgehärteten Reifen mit einem geeigneten Kleber befestigt werden. In jedem Fall werden die empfindlichen elektronischen Komponenten des aktiven Anhängers oder Aufklebers den hohen Vulkanisierungstemperaturen ausgesetzt, das ihre Leistungsfähigkeit ungünstig beeinträchtigen oder ihre Lebensdauer verkürzen kann. Zusätzlich müssen gewisse Komponenten der Einrichtung, wie z.B. der Drucksensor oder ein temperaturabhängiger Widerstand/Thermistor gegenüber dem unter Druck stehenden Reifenhohlraum offen bleiben. Der während des Vulkanisationsverfahrens auftretende Gummistrom kann die Öffnungen zum Reifenhohlraum beeinträchtigen. Wie im US-Patent Nr. 5,562,787 dargestellt, kann die Öffnung zum Reifenhohlraum während der Aushärtungsabläufe offen bleiben, in dem man einen Passstift in die Öffnung einsetzt.

Während die Verfahrensweisen und die Vorrichtung des US-Patentes Nr. 5,562,787 ein akzeptables Verfahren zum Zusammenbau eines aktiven Chips in einen Reifenhohlraum liefern, ist ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung wünschenswert, das die Lebensdauer des aktiven Chips im Reifen erhöht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenbau einer aktiven elektronischen Überwachungseinrichtung in einen Reifenhohlraum offenbart.

Das verbesserte Verfahren und die Vorrichtung erhöhen die Lebensdauer der elektronischen Überwachungseinrichtung durch Minimierung der Beanspruchung, der Belastung/Verformungs-Spannung, zyklische Ermüdung, Aufschlag und Vibration, denen die elektronische Überwachungseinrichtung unterworfen wird, wenn sie in einem Reifen in geeigneter Weise eingebaut wird. Während die Stelle der Einrichtung ein wichtiger Faktor beim Festlegen der Lebensdauer einer elektronischen Überwachungseinrichtung ist, die in einen Reifen eingebaut wird, ist ebenso die Art und Weise, in der die Einrichtung in den Reifen installiert wird, von Bedeutung. Ein Verfahren zum Befestigen einer elektronischen Überwachungseinrichtung innerhalb eines Reifens zum Überwachen mindestens einer technischen Zustandsgröße eines Reifens umfasst die Stufen der Einkapselung einer elektronischen Überwachungseinrichtung durch Platzieren derselben in einer Form, die eine vorher festgelegte Ausgestaltung besitzt, wobei die vorher festgelegte Ausgestaltung mindestens eine Oberfläche umfasst, die abwechselnd erhöhte und vertiefte Muster umfasst, um den Oberflächenbereich der Fläche zu steigern. Die Form wird mit einem Epoxid-Vergussmaterial gefüllt, so dass die elektronische Überwachungseinrichtung durch das Epoxidharz umhüllt wird. Das Epoxid-Vergussmaterial ist unter Ausbildung einer starren Anhängereinheit ausgehärtet, die eine vorher ausgewählte Konfiguration besitzt. Gewisse elektronische Komponenten, die die elektronische Überwachungseinrichtung enthalten, z.B. Drucksensoren, sind jedoch in einer solchen Weise zusammengebaut, dass sie frei von innerer Verunreinigung bleiben, während sie gegenüber der Reifenatmosphäre zugänglich bleiben, wie es notwendig ist. Ein Gummireifenpflaster, das eine vorbestimmte Ausgestaltung besitzt, wird so ausgebildet. Das Gummipflaster umfasst eine erste Seite zur Grenzflächenbildung mit der Oberfläche der eingekapselten starren Anhängereinheit. Diese erste Seite besitzt einen vergrößerten Oberflächenbereich, der eine bessere Verbindung mit dem eingekapselten Anhänger ermöglicht. Die erste Seite umfasst auch eine Vertiefung, die von einem Materialrücken ausreichender Höhe umgeben ist, um die eingekapselte starre Anhängereinheit aufzunehmen. Dieser Rücken hilft die Verbindung zwischen dem Gummipflaster und dem eingekapselten starren Anhänger zu verbessern. Das Pflaster umfasst eine zweite gegenüberliegende Seite, wobei die zweite Seite der Kontur des Innerliners des Reifens angenähert ist. Das Pflaster verjüngert sich von der ersten Seite in Richtung zur zweiten Seite, wobei die zweite Seite sich in eine relativ dünne Ausgestaltung ausweitet, jedoch einen Radius besitzt, der dem Radius des Reifeninnerliners annähert. Das Gummipflaster wird bei einer vorher ausgewählten Temperatur in einer Zeitspanne vulkanisiert, die zu seiner Vulkanisation ausreicht. Nach der Vulkanisation wird eine dünne Schicht von zweiseitig härtendem Klebegummi auf die zweite Seite des vulkanisierten Gummipflasters aufgetragen. Diese dünne Schicht an zweiseitig härtendem Bindegummi gestattet dem Zusammenbau der Pflastereinheit mit dem Innerliner des Reifens. Ein strömungsfähiger Epoxidharzkleber wird auf eine Grenzfläche zwischen der eingekapselten Anhängereinheit und dem Gummipflaster aufgetragen. Die eingekapselte Anhängereinheit wird in den vertieften Hohlraum an der ersten Seite das Gummipflaster eingesetzt, so dass das flüssige Epoxidharzklebemittel gleichmäßig quer über die Grenzfläche verteilt wird und von der Grenzfläche zwischen die eingekapselte Anhängereinheit und das Gummipflaster fließt. Natürlich ermöglicht der erhöhte Oberflächenbereich der Anhängereinheit eine bessere Verbindung zwischen dem Gummipflaster und dem eingekapselten Anhänger. Die Einheit oder der eingekapselte Anhänger und das Gummipflaster werden unter Bildung der Pflastereinheit ausgehärtet. Die Pflastereinheit wird danach mit dem Innerliner eines vulkanisierten Reifens zusammengebaut, indem ein aktivierender Kleber zwischen der zweiseitig härtenden Bindungsschicht und dem Innerliner des Reifens aufgetragen wird. Dieses Härtungsverfahren verbindet die Pflastereinheit permanent mit dem Innerliner und ist diffusionsgesteuert. Da es diffusionsgesteuert ist, muss die Aushärtung für eine ausreichende Zeitspanne und bei einer ausreichenden Temperatur durchgeführt werden, um eine starke permanente Verbindung auszubilden. Um sicherzustellen, dass ein fester Kontakt an der Grenzfläche zwischen dem Innerliner des Reifens und der zweiseitig härtenden Bindungsschicht der Pflastereinheit aufrechterhalten wird, wird ein Klemmmechanismus angelegt, um die Pflastereinheit mit dem Innerliner während des Aushärtungsverfahrens sicher zu befestigen. Der Klemm-mechanismus wird mit einem ausreichenden Druck quer über die Grenzfläche der Pflastereinheit und dem Innerliner angelegt, um einen engen Kontakt während des Aushärtens sicherzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Reifenspflasters;

2 eine Querschnittsansicht der starren Anhängereinheit, die die eingekapselte elektronische Überwachungseinrichtung zeigt;

3 eine Querschnittsansicht der Form, die zur Einkapselung der elektronischen Überwachungseinrichtung eingesetzt wird, die die starre Anhängereinheit herstellt;

4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Pflastereinheit;

5 eine Querschnittsansicht des Pflasters, das mit dem Innerliner eines Reifens zusammengebaut wird;

6 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Konfiguration des erfindungsgemäßen Reifenpflasters;

7 eine Querschnittsansicht der starren Anhängereinheit der 6, die die eingekapselte elektronische Überwachungseinrichtung zeigt; und

8 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Pflastereinheit.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weiter unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt ein Reifenpflaster 10 der vorliegenden Erfindung. Das Reifenpflaster besitzt eine vorbestimmte Konfiguration, die wie gezeigt rechteckig in der Form ist. Das Pflaster kann jedoch irgendeine andere geeignete Konfiguration besitzen, wird jedoch als rechteckig gezeigt und besitzt deshalb vier Kanten 11. Das Reifenpflaster 10 besitzt eine erste Seite 12, die einer Fläche einer eingekapselten Anhängereinheit 30 gegenüberliegt, die in 2 gezeigt wird. Das Pflaster besitzt eine zweite gegenüberliegende Seite 14, die in etwa der Kontur eines Innerliners eines Reifens entspricht. Die Kontur der zweiten Seite 14 ist vorteilhafter Weise abgerundet und besitzt etwa den gleichen Radius wie der Reifen, mit dem sie zusammengebaut wird, wobei der Radius für größere Reifen größer ist. Für äußerst große Reifen, wie z.B. Geländewagenreifen, kann der Radius insgesamt eliminiert werden, so dass es keine Kontur gibt und die gegenüberliegende Seite eben ist und keine Kontur besitzt.

Das Gummipflaster wird bei einer vorbestimmten Temperatur vulkanisiert, und zwar in einer ausreichenden Zeit, um das Pflaster zu vulkanisieren. Das Pflaster kann aus Gummi sein, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ethylen, Propylen Dien Monomer (EPDM), Gummi, Butylgummi, Naturgummi, Neopren und deren Gemischen besteht. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein Gemisch von Chlorbutylgummi und Naturgummi. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist ein Gemisch von Styrol-Butadiengummi (SBR) und Naturgummi. Typischerweise werden Pflaster, die aus diesen Gummizusammensetzungen hergestellt werden, ausgehärtet durch Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 150°C, wobei diese Temperatur für etwa 30 Min. gehalten wird. Die Zeit und die Temperatur können modifiziert werden, falls dies erforderlich ist, um eine ausreichende Aushärtung des Pflasters für den weiteren Zusammenbau zu erreichen.

Die erste Seite 12 umfasst einen vertieften Hohlraum 16, der von einem erhöhten Rücken 18 aus gummiartigem Polymermaterial umgeben ist. Der vertiefte Hohlraum kann wahlweise einen aufgerauhten Boden besitzen, um seinen Oberflächenbereich zu erhöhen. Der Rücken 18 ist vorteilhafter Weise aus dem gleichen Material wie das übrige des Pflasters. Der Materialrücken sollte eine ausreichende Höhe besitzen, um den eingekapselten starren Anhänger 30 aufzunehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rand oder Rücken etwa 1/8 inch (1/8''). Das Pflaster verläuft geraduell vom Rücken 18 des Materials der ersten Seite des Pflasters 12 nach außen in Richtung auf die Kanten des Pflasters kegelförmig zu. An der zweiten Seite 14 des vulkanisierten Reifenpflasters ist eine doppelseitig härtende Bindungsschicht 20 angebracht, die eine erste Seite (nicht gezeigt) und eine zweite Seite 22 besitzt. Diese doppelseitig aushärtende Bindeschicht kann mit dem Pflaster zu jeglicher Zeit auf die Vulkanisation des Pflasters folgend und vor dem Zusammenbau der Reifeneinheit mit dem Reifeninnerliner zusammengebaut werden. Die doppelseitig aushärtende Bindeschicht ist permanent mit dem Pflaster zusammengebaut. Ein nicht härtender Kleber (nicht gezeigt) wird auf die Seite 14 des Pflasters aufgetragen, um die doppelseitig aushärtende Bindeschicht 20 auf dem Pflaster zu halten. Der nicht aushärtende Kleber und die doppelseitig aushärtende Bindeschicht sind Produkte der Patch Rubber Company. Das wichtige Merkmal der doppelseitig härtenden Bindeschicht liegt darin, dass sie chemisch aktiviert und ausgehärtet werden kann, ohne dass es erforderlich ist, sie auf eine erhöhte Temperatur zu erwärmen. Das Verfahren ist diffusionsgesteuert und etwas an minimaler Erwärmung erhöht jedoch das Aushärtverfahren. Die doppelseitige aushärtende Bindeschicht kann aus irgendeinem Material bestehen, das aktiviert und am vulkanisierten Gummi des Reifensinnerliners und des vulkanisierten Pflasters ausgehärtet werden kann. Vorteilhafterweise besteht das doppelseitig aushärtende Bindungsgummi aus Naturgummi. Das doppelseitig aushärtende Bindegummi kann nach der Anbringung des aktivierenden Klebers bei Raumtemperatur über eine Zeitspanne von 72 Stunden gehärtet werden. Falls jedoch eine schnellere Aushärtung wünschenswert ist, kann dieses erzielt werden, indem man mindestens 24 Stunden auf 45°C erwärmt.

2 zeigt eine Querschnittsansicht der starren Anhängereinheit 30, die die eingekapselte elektronische Überwachungseinrichtung 32 zeigt. Die Überwachungseinrichtung könnte eine Schaltkarte 34 sein, die einen elektronischen Speicher, sowie eine Anzahl von Sensoren zur Überwachung technischer Zustandsbedingungen, z.B. Drucktemperatur und zurückgelegte Entfernung umfasst. Die Überwachungseinrichtung wird im Detail im US-Patent Nr. 5,562,787 diskutiert. Am Brett ist eine Energiequelle 36, z.B. eine Batterie, befestigt, die die aktive Überwachung der technischen Zustandsgrößen gestattet, die im elektronischen Speicher zur späteren Verwendung gespeichert werden. Die Energiequelle schafft eine Ausbuchtung 38 für die starre Anhängereinheit, obwohl man annehmen kann, dass dieses Merkmal weniger bedeutend oder vollständig eliminiert wird, wenn die Batterietechnologie voranschreitet und kleinere und noch stärkere Batterien herstellt. Die starre Anhängereinheit kann ebenfalls eine Antenne aufnehmen und einen Zusammenbau mit einer Antenne vorsehen, die aus der Anhängereinheit herausragt, so dass die Schaltung auf dem Brett zur Übertragung wunschgemäß aktiviert werden kann.

Das Schaltbrett umfasst Sensoren, die Batterie und wahlweise eine Antenne, und wird nachfolgend als elektronische Überwachungseinrichtung bezeichnet, die in einem Vergussmaterial 40 eingekapselt ist, das sich als starres Material verfestigt. Unter Bezugnahme auf 3 wird die elektronische Überwachungseinrichtung innerhalb einer Form 40 platziert, die eine erste Hälfte 52 und eine zweite Hälfte 54 besitzt. Zumindest eine der Formhälften besitzt eine Fläche mit erhöhtem Oberflächenbereich, die als Fläche 56 in der zweiten Hälfte 54 der Form 40 gezeigt wird. Die Form wird anschließend mit dem Vergussmaterial 40 in flüssiger Form gefüllt, die die Form füllt und um die elektronische Überwachungseinrichtung herum fließt und dann aushärten kann, was zu einer starren Anhängereinheit führt. Jegliches Vergussmaterial, das einen Youngmodul von mindestens 30.000 psi besitzt und dazu in der Lage ist, um die elektronische Überwachungseinrichtung herum geformt zu werden ohne irgendeine ihrer Komponenten zu beschädigen, ist geeignet. Vorteilhafterweise besitzt das Vergussmaterial einen Youngmodul von mindestens etwa 100.000 psi. Zwei bevorzugte Vergussmaterialien umfassen Epoxid- und Urethan-Harz. Falls es gewünscht wird, kann die Aushärtung des Vergussmaterials um die elektronische Einrichtung herum beschleunigt werden durch Vorheizen der Form auf eine erhöhte Temperatur, die oberhalb der Raumtemperatur liegt, jedoch unterhalb der Temperatur, bei der Schäden für die elektronische Überwachungseinrichtung auftreten. Eine bevorzugte Temperatur liegt bei etwa 80°C.

Nachdem das Epoxidharz ausgehärtet worden ist, werden die Formhälften 52, 54 voneinander getrennt und ergeben eine starre eingekapselte Anhängeranordnung 30. Die Anhängeranordnung oder -Einheit 30 besitzt eine Bodenfläche 42, die ein erhöhtes Oberflächenende besitzt, welches einfach der Eindruck der Fläche 56 der Formhälfte 54 ist.

Die starre Anhängereinheit 30 wird danach im vertieften Hohlraum 16 an der ersten Seite 12 des Reifenpflasters 10 entweder nach der Vulkanisation des Pflasters oder nach dem Zusammenbau der doppelseitigen Bindungshärteschicht 20 am Pflaster zusammengebaut. Um die Anhängereinheit 30 permanent am Pflaster 10 zu befestigen wird ein flüssiges Klebemittel auf die Grenzfläche zwischen den Anhängereinheit 30 und der Ausnehmung 16 aufgetragen. Dieses Klebemittel, vorteilhafter Weise ein Epoxidklebemittel, kann bequem auf die Fläche 42 der Anhängereinheit oder auf die Basis der Ausnehmung 16 aufgetragen werden. Während die Anhängereinheit 30 in den vertieften Hohlraum 16 hineingedrückt wird, strömt das Epoxidklebemittel gleichmäßig entlang der Grenzfläche zwischen der Fläche 42 und der Basis der Ausnehmung 16 entlang. Der erhöhte Oberflächenbereich zwischen der Basis des vertieften Hohlraumes 16 und der Fläche 52 liefert zusätzlichen Bindungsbereich und eine stärkere Verbindung. Da die Rücken um die Ausnehmung herum eng dimensioniert sind und den Dimensionen der Anhängereinheit 30 entsprechen, strömt überflüssiges Epoxidharz zwischen der Anhängereinheit 30 und dem Rücken 18, wobei sogar etwa Epoxidharz aus diesem Bereich hinausströmen kann. Natürlich erhöht der Strom des Epoxidharzes in diesem Bereich die Festigkeit der Einheit während das Epoxidharz aushärtet. Während das Epoxidharz bei Raumtemperatur aushärten kann, kann das Aushärtungsverfahren durch Erwärmung der Einheit auf eine erhöhte Temperatur beschleunigt werden, z.B. auf eine Temperatur von etwa 75–90°C für etwa mindestens 30 Min. Falls die doppelseitige Aushärtungsbindungsschicht noch nicht mit der zweiten Seite 14 des Reifenpflasters 10 zusammengebaut worden ist, kann sie zu dieser Zeit unter Ausbildung der Pflastereinheit 60 hinzugefügt werden.

Nunmehr wird auf 5 Bezug genommen. Die Pflastereinheit 60 wurde anschließend mit dem Innerliner 75 des Reifens 70 zusammengebaut. Der Aktivierungskleber wurde zuerst auf die zweite Seite 22 der doppelseitigen Aushärtungsbindungsschicht 20 aufgetragen. Die Pflastereinheit wurde danach auf den Innerliner des vulkanisierten Reifens genäht und die Pflastereinheit/Reifeneinheit wurde für eine ausreichende Zeit und Temperatur ausgehärtet unter Ausbildung einer starken Bindung zwischen dem Reifen und der Pflastereinheit. Die Zeiten und Temperaturen, die für dieses Aushärten verwendet wurden, sind in grundlegender Weise die gleichen Zeiten und Temperaturen wie sie vorher diskutiert worden sind. Um eine starke Verbindung sicherzustellen, kann die Pflastereinheit am Reifeninnerliner 75 wahlweise festgeklemmt werden, bis der Aushärtungszyklus vervollständigt ist.

6 zeigt eine alternative Konfiguration eines Reifenpflasters 110 der vorliegenden Erfindung. Das Reifenpflaster 110 besitzt eine vorbestimmte Konfiguration, die wie gezeigt in ihrer Form rund ist. Das Reifenpflaster 110 besitzt eine erste Seite 112, die einer Fläche einer eingekapselten Anhängereinheit 130 gegenüberliegt, die im Querschnitt in 7 gezeigt wird. Die erste Seite 112 umfasst einen vertieften Hohlraum 116, welcher in dieser alternativen Konfiguration durch einen zylindrischen starren Einsatz 117 geformt ist, der in das Gummipflaster hineingepresst wurde. Vorteilhafterweise stellt der zylindrische Einsatz 107 ein starres Kunststoffmaterial, wie z.B. Nylon, Epoxidharz oder ein festes Verbundmaterial, wie z.B. Glas(faser) gefülltes Polyimid oder Glas(faser) gefülltes Epoxidharz, kann jedoch ferner ein Metall sein, solange das Metall nicht die elektronischen Funktionen und den Betrieb der Anhängereinheit 130 stört. Der zylindrische starre Einsatz 117 ist von einem Rand 118 aus Gummimaterial umgeben. Der Rand besteht vorteilhafter Weise aus dem gleichen Material wie das übrige des Pflasters und sollte eine ausreichende Höhe besitzen, um den zylindrischen Einsatz 117 nach dem Aushärten permanent an Ort und Stelle zu halten. In einer bevorzugten, in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform besitzt der Rand 118 die gleiche Höhe wie der zylindrische Einsatz 117. Das Pflaster ist vom Rand 118 geraduell abgeschrägt vom Material der ersten Seite des Pflasters nach außen in Richtung auf die Kanten des Pflasters zu. Der vertiefte Hohlraum 116 kann eine aufgerauhte Bodenfläche besitzen, um seinen Oberflächenbereich zu erhöhen, wie es vorher beschrieben war oder alternativ glatt sein und aus dem gleichen Material wie der zylindrische Einsatz hergestellt sein. Das Pflaster besitzt eine zweite gegenüberliegende Seite 114, die die Kontur eines Innerliners eines Reifens in etwa annehmen kann. Die Kontur der zweiten Seite 114 ist vorteilhafter Weise radiusmäßig so ausgebildet, dass sie etwa den gleichen Radius wie der Reifen besitzt, mit dem sie zusammengebaut wird, wobei der Radius für größere Reifen größer ist. Für äußerst große Reifen, wie z.B. Geländewagenreifen, kann der Radius insgesamt eliminiert werden, so dass keine Kontur vorliegt und die gegenüberliegende Seite 114 eben ist und keine Kontur besitzt. Das Reifenpflaster 110, einschließlich der zylindrische starre Einsatz 117, wird vor dem Einsatz der starren Anhängereinheit 130 ausgehärtet und bildet eine runde Pflastereinheit aus.

Die starre Anhängereinheit 130, die die eingekapselte elektronische Überwachungseinrichtung umfasst und die gleichen Komponenten besitzt, wie sie vorher beschrieben worden sind, ist im wesentlichen identisch mit der starren Anhängereinheit 30, abgesehen von ihrem Profil, das rund oder kreisförmig anstelle von rechteckig ist. Die runde starre Anhängereinheit 130 wird permanent mit der runden Pflastereinheit verbunden, indem die starre Anhängereinheit 130 in den zylindrischen Einsatz 117 eingesetzt wird, wie es in 8 gezeigt ist, nachdem ein Epoxidharzkleber, wie z.B. ein Fusorsystem, hergestellt durch die Lord Corp. von Erie PA, auf die Grenzfläche zwischen der starren Anhängereinheit 130 und den zylindrischen Einsatz 117 aufgetragen wurde. Natürlich kann der Epoxidharzkleber ebenfalls bequem auf die Grenzfläche zwischen dem Boden des Hohlraums 116 aufgetragen werden, unabhängig davon, ob die Oberfläche aufgerauht oder aus dem gleichen oder ähnlichen Material wie der zylindrische Einsatz 117 hergestellt ist. Da die starre Anhängereinheit 130 in den zylindrischen Einsatz 117 eingesetzt wird, strömt überflüssiges Epoxidklebemittel von der Grenzfläche aus, das vor dem Aushärten entfernt werden muss. Der zylindrische Einsatz 117 muss lediglich eine ausreichende Höhe besitzen, so dass nach dem Aushärten des Epoxidklebers eine ausreichende Bindefestigkeit zwischen dem Einsatz 117 und der Anhängereinheit 130 vorliegt, um sicherzustellen, dass keine Trennung auftritt. Obwohl die starre Anhängereinheit 130 die gleiche Höhe wie der zylindrische Einsatz 117 besitzen kann, wie es in der bevorzugten Ausführungsform gezeigt ist, kann sie ebenfalls nach dem Zusammenbau niedriger oder höher als der zylindrische Einsatz sein. Falls die Anhängereinheit 130 höher ist als der zylindrische Einsatz 117, dann besitzt der Einsatz 117 ein niedrigeres Profil als die starre Anhängereinheit 130, so dass sich der Außenumfang der starren Anhängereinheit 130 über den Außenumfang des zylindrischen Einsatzes 117 erstreckt, wodurch die Gesamtmaterialmenge, die für das Reifenpflaster 110 erforderlich ist, verringert wird.

Der Pflasterzusammenbau bzw. die Pflastereinheit 160, die durch Zusammensetzen der starren Anhängereinheit 130 in das Reifenpflaster 110 gebildet wird, wird mit einem Reifen verbunden unter Verwendung der gleichen Materialien und Verfahren, wie sie oben für die Pflastereinheit 60 beschrieben worden sind.

Die Pflastereinheiten, die hergestellt und mit einem Reifeninnerliner in der oben beschriebenen Weise zusammengebaut wurden, haben Tests durchlaufen, die 100.000 Meilen entsprechen und blieben vollständig mit dem Reifen verbunden.

Während in Übereinstimmung mit den Patentvorschriften die beste Art und Weise und die bevorzugte Ausführungsform vorstehend geschildert worden sind, ist der Schutzumfang der Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern bemisst sich vielmehr nach dem der anhängenden Ansprüche.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen einer Reifenpflastereinheit (60), an der eine elektronische Überwachungseinheit (32) angebracht werden kann, die zur Überwachung mindestens einer technischen Zustandsgröße innerhalb eines Reifens dient, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

    Einkapseln einer elektronischen Überwachungseinheit (32) durch Platzieren der elektronischen Überwachungseinheit in einer Form (50) mit einer vorher festgelegte Konfiguration, dadurch gekennzeichnet, dass die vorher festgelegte Konfiguration mindestens eine Oberfläche mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen umfasst, um die Oberfläche zu vergrößern, und dass die Form (50) mit einem Epoxid-Vergussmaterial (40) gefüllt und das Epoxid-Vergussmaterial (40) anvulkanisiert wird, so dass eine starre Einheit (30) mit einer vorher festgelegten Konfiguration entsteht, damit die elektronischen Komponenten vor Verunreinigungen im Inneren des Reifens geschützt bleiben, bei Bedarf aber auch zum Reifeninneren hin offen bleiben;

    Herstellen eines Gummipflasters (10) mit einer vorher festgelegter Konfiguration, wobei das Gummipflaster (10) über Kanten (11) und eine erste Seite (12) zur Grenzflächenbildung mit der Oberfläche der eingekapselten starren Einheit (30) verfügt, wobei die erste Seite (12) eine vergrößerte Oberfläche aufweist und wobei die erste Seite (12) des Gummipflasters (10) eine Vertiefung (16) aufweist, die von einem Materialrücken ausreichender Höhe umgeben ist, so dass die eingekapselte starre Einheit (30) darin aufgenommen werden kann, und wobei das Gummipflaster (10) über eine zweite, gegenüberliegende Seite (14) verfügt, die sich der Kontur der inneren Schicht (75) des Reifens (70) annähert, wobei das Pflaster (10) sich vom Rücken (18) zu den Kanten (11) hin verjüngt;

    Vulkanisieren des Gummipflasters (10) bei einer vorher festgelegten Temperatur und für eine für die Vulkanisierung ausreichende Zeit;

    Aufbringen einer Schicht (20) eines zweiseitig anvulkanisierenden Bindegummis auf die zweite Seite des vulkanisierten Gummipflasters (10);

    Auftragen eines flüssigen Epoxidklebers auf eine Schnittstelle zwischen der eingekapselten Einheit (30) und dem Gummipflaster (10);

    Einsetzen der eingekapselten Einheit (30) in die Vertiefung (16) an der ersten Seite (12) des Gummipflasters (10), so dass der flüssige Epoxidkleber von der Grenzfläche zwischen der eingekapselten Einheit (30) und dem Gummipflaster (10) wegfließt; und

    Anvulkanisieren der Einheit, so dass eine Pflastereinheit (60) entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zur Herstellung eines Gummipflasters (10) mit einer ersten Seite (12), welche eine von einem Rücken (18) umgebene Vertiefung (16) umfasst, außerdem einen Rücken (18) beinhaltet, der aus Gummimaterial besteht und mindestens 3,2 mm hoch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Vulkanisieren des Gummipflasters (10) ein Aufheizen des Gummipflasters (10) für etwa 30 Minuten auf eine Temperatur von ca. 150°C umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Einkapseln der elektronischen Überwachungseinheit (32) außerdem das Vorwärmen der Form (50) auf eine vorher festgelegte Temperatur umfasst, ehe die Form (50) gefüllt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei die Form (50) auf ca. 80°C vorgewärmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Herstellen eines Gummipflasters (10) das Herstellen eines Gummipflasters (10) umfasst, das aus einem Gemisch aus Chlorbutyl- und Naturkautschuk besteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Herstellen eines Gummipflasters (10) das Herstellen eines Gummipflasters (10) umfasst, das aus einem Gemisch aus SBR- und Naturkautschuk besteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Herstellen eines Gummipflasters (10) das Herstellen eines Gummipflasters (10) unter Auswahl aus einer Gruppe von Stoffen umfasst, zu der EPDM-, Butyl- und Naturkautschuk, Neopren, sowie Mischungen dieser Stoffe gehören.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Anvulkanisieren der Einheit (60) das Anvulkanisieren dieser Einheit (60) bei einer Temperatur von 75–90°C für mindestens 30 Minuten umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer Pflastereinheit (60), wobei der Schritt zum Auftragen einer Schicht (20) eines zweiseitig anvulkanisierenden Bindegummis das Auftragen einer aus Naturkautschuk bestehenden Schicht (20) umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 zum Sichern einer elektronischen Überwachungseinheit (32) im Inneren eines Reifens (70), die zur Überwachung von mindestens einer technischen Zustandsgröße eines Reifens (70) dient, und zwar auf eine solche Art und Weise und an einem solchen Ort, dass Belastungen, Beanspruchungen, zyklisches Ermüden, Stoßbelastungen und Vibrationen vermieden werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

    Anbringen der Pflastereinheit (60) an der inneren Schicht (75) eines vulkanisierten Reifens (70) durch Auftragen eines aktivierenden Bindemittels zwischen die zweiseitig anvulkanisierende Bindungsschicht (20) und die innere Schicht (75) des Reifens (70); dann

    Festnähen der Pflastereinheit (60) an der inneren Schicht (75) des vulkanisierten Reifens (70); und

    Anvulkanisieren der zwischen Pflaster und Reifen gebildeten Einheit (60) bei einer Temperatur und über einen Zeitraum, die bzw. der zur Bildung einer festen Bindung ausreichen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 zur Sicherung einer elektronischen Überwachungseinheit (32) im Inneren eines Reifens, das vor dem Schritt des Anvulkanisierens der Pflaster-Reifen-Einheit (60) außerdem den Schritt des Anbringens einer Klemmvorrichtung umfasst, so dass ein ausreichend großer Druck auf die Pflastereinheit (60) und die innere Schicht (75) ausgeübt wird, um während des Anvulkanisierens an der Schnittstelle einen engen Kontakt sicherzustellen.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 zur Sicherung einer elektronischen Überwachungseinheit (32) im Inneren eines Reifens (70), wobei der Schritt des Anvulkanisierens der Pflaster-Reifen-Einheit (60) das Anvulkanisieren bei einer Temperatur von zirka 45°C über mindestens 24 Stunden umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 11 zur Sicherung einer elektronischen Überwachungseinheit (32) im Inneren eines Reifens, wobei der Schritt des Anvulkanisierens der Pflaster-Reifen-Einheit (60) das Anvulkanisieren bei Umgebungstemperatur über mindestens 72 Stunden umfasst.
  15. Reifenpflaster (10) zur Sicherung einer elektronischen Überwachungseinheit zur Überwachung von mindestens einer technischen Zustandsgröße im Inneren eines Reifens, das folgendes umfasst:

    ein vulkanisiertes Gummipflaster einer vorher festgelegten Konfiguration mit einer ersten Seite (12) zur Bildung einer Grenzfläche mit einer Oberfläche einer starren, eingekapselten Überwachungseinheit, sowie einer zweiten, gegenüberliegenden Seite (14), welche annähernd die Kontur einer inneren Schicht eines Reifens hat, wobei die erste Seite eine Vertiefung (16) umfasst, und

    eine Schicht (20) einer nicht anvulkanisierten, zweiseitig anvulkanisierenden Bindungsschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche (22), wobei die erste Oberfläche permanent an der zweiten Seite des vulkanisierten Gummipflasters angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung an der ersten Seite des Gummipflasters vom einem erhöhten Rücken (18) eines Materials umgeben ist, das ausreichend hoch ist, um einen Teil des äußeren Umfangs der eingekapselten starren Überwachungseinheit umgeben zu können.
  16. Reifenpflaster (10) nach Anspruch 15, wobei das Pflaster (10) aus einem Gummimaterial besteht, das aus einer Gruppe von Stoffen ausgewählt wurde, zu der EPDM-, Butyl- und Naturkautschuk, Neopren sowie Mischungen dieser Stoffe gehören.
  17. Reifenpflaster (10) nach Anspruch (15), wobei das Pflaster (10) aus einem Gemisch aus Chlorbutyl- und Naturkautschuk besteht.
  18. Reifenpflaster (10) nach Anspruch (15), wobei das Pflaster (10) aus einem Gemisch aus SBR- und Naturkautschuk besteht.
  19. Reifenpflaster (10) nach Anspruch 15 zur Sicherung einer aktiven elektronischen Überwachungseinheit (32) mit elektronischen und mechanischen Komponenten, die zur Überwachung von mindestens einer technischen Zustandsgröße im Inneren eines Reifens (70) dient und folgendes umfasst:

    eine starre Einheit (30) mit einem starren Vergussmaterial, das eine aktive elektronische Überwachungseinheit (32) einkapselt, wobei die starre Einheit (30) eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und einen äußeren Umfang umfasst;

    eine Klebeschicht (20), die zumindest die obere Oberfläche der starren Einheit (30) innerhalb der Vertiefung (16) des vulkanisierten Gummipflasters (10) hält.
  20. Pflastereinheit (60) nach Anspruch 19, wobei das Vergussmaterial (40) einen Youngschen Modul von mindestens 2.100 kp/cm2 aufweist und rings um die elektronische Überwachungseinheit (32) vergossen werden kann, ohne dass Komponenten der elektronischen Überwachungseinheit (32) beschädigt werden.
  21. Pflastereinheit (60) nach Anspruch 20, wobei das Vergussmaterial (40) einen Youngschen Modul von ca. 7.000 kp/cm2 aufweist.
  22. Pflastereinheit (60) nach Anspruch 20, wobei das Vergussmaterial (40) aus einer Stoffgruppe ausgewählt wird, die Epoxidharz und Urethan umfasst.
  23. Reifenpflaster nach Anspruch 19, das folgendes umfasst:

    einen vulkanisierten Reifen (70) mit einer inneren Schicht (75);

    eine Schicht (20) aus einem zweiseitig anvulkanisierenden Bindungsgummi mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche (22), wobei die erste Oberfläche dauerhaft an die zweite Seite des vulkanisierten Gummipflasters (10) anvulkanisiert ist und die zweite Oberfläche (22) dauerhaft an die innere Schicht (75) des Reifens (70) anvulkanisiert ist.
  24. Reifen nach Anspruch 23, wobei der zweiseitig anvulkanisierende Bindegummi Gummiarten beinhaltet, die den vulkanisierten Gummi des Gummipflasters (10) an den vulkanisierten Gummi der inneren Schicht (75) des Reifens (70) anvulkanisieren können.
  25. Reifen nach Anspruch 24, wobei es sich bei dem zweiseitig anvulkanisierenden Bindegummi um Naturkautschuk handelt.
  26. Reifenpflaster (110) zum Sichern einer elektronischen Überwachungseinheit (32), welche zum Überwachen von mindestens einer technischen Zustandsgröße innerhalb eines Reifens dient, wobei das Pflaster folgendes umfaßt:

    einen starren Einschub (117) mit einer zylindrischen Wand, deren Inneres eine Vertiefung (116) zur Aufnahme einer zylinderförmigen, eingekapselten Überwachungseinheit bildet;

    ein Gummipflaster (110) mit einer vorher festgelegten Konfiguration, das eine erste Seite (12) und eine zweite, gegenüberliegende Seite (14) umfasst, wobei die erste Seite (12) zur Grenzflächenbildung mit einer Oberfläche einer eingekapselten, starren Überwachungseinheit dient und einen zylinderförmigen Rücken (118) eines die Umgebung der zylinderförmigen Wand des starren Einschubs (117) umgebenden Materials umfasst, der ausreichend hoch ist, so dass der Einschub (117) in einer festen Position gesichert wird, und wobei die zweite, gegenüberliegende Seite sich der Kontur einer inneren Schicht eines Reifens annähert; und

    eine Schicht (20) eines zweiseitig anvulkanisierenden Bindegummis mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche (22), wobei die erste Oberfläche permanent an der zweiten Seite des Gummipflasters (110) angebracht ist, während die zweite Seite nicht anvulkanisiert ist.
  27. Reifenpflaster (110) nach Anspruch 26, wobei der Einschub aus einem starren Material besteht, das aus einer Stoffgruppe ausgewählt wurde, zu der Kunststoff, Verbundmaterialien und Metall gehören.
  28. Reifenpflaster (110) nach Anspruch 27, wobei der Einschub aus einem starren Verbundmaterial besteht, das aus einer Stoffgruppe ausgewählt wurde, zu der Glasfaser-Polyamid und Glasfaser-Epoxid gehören.
  29. Reifenpflaster (110) nach Anspruch 27, wobei der Einschub aus einem starren Verbundmaterial besteht, das aus einer Stoffgruppe ausgewählt wurde, zu der Epoxid und Nylon gehören.
  30. Reifenpflaster (110) nach Anspruch 26, das folgendes umfasst:

    eine zylinderförmige, starre Einheit (130), die ein starres Vergussmaterial beinhaltet, welches eine aktive elektronische Überwachungseinheit einkapselt, wobei die starre Einheit eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und einen äußeren, zylindrischen Umfang umfasst;

    ein vulkanisiertes Gummipflaster (110) einer vorher festgelegten Konfiguration, das über Kanten, eine erste und eine zweite, gegenüberliegende Seite verfügt;

    eine Klebschicht (20), die mindestens einen zylinderförmigen Umfang der starren Einheit (130) innerhalb der Vertiefung (16) des zylinderförmigen starren Einschubs (117) hält.
  31. Pflastereinheit (160) nach Anspruch 30, wobei die Höhe des Materialrückens in etwa der Höhe des zylinderförmigen Einschubs (117) entspricht.
  32. Pflastereinheit (160) nach Anspruch 30, wobei der Materialrücken niedriger als der zylinderförmige Einschub (117) ist.
  33. Pflastereinheit (160) nach Anspruch 30, wobei der Einschub (117) aus einem starren Material besteht, das aus einer Gruppe von Kunststoffen, Verbundmaterialien und Metall ausgewählt wurde.
  34. Reifenpflaster nach Anspruch 30, das folgendes umfasst:

    einen vulkanisierten Reifen mit einer inneren Schicht;

    wobei die Schicht (22) aus zweiseitig anvulkanisierendem Bindegummi eine erste und eine zweite Oberfläche umfasst, wobei die zweite Oberfläche dauerhaft an die innere Schicht (75) des Reifens (70) anvulkanisiert ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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