DE102004011237B4

DE102004011237B4 - Fahrzeugreifen mit Antenne

Info

Publication number: DE102004011237B4
Application number: DE102004011237.1A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ellmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: DE102004011237A1

Abstract

Fahrzeugreifen mit Stahlgürteldrähten (9, 10), Karkasse (11) und Inliner (12), sowie mit einer im Bereich der Reifen-Lauffläche von der Reifen-Innenseite her angeordneten Antenne (3) für einen mit einer Reifendruck-Sensorik ausgestatteten Transponder (1), mittels derer der Luftdruck im Reifen an eine am Fahrzeug angeordnete Empfangsantenne übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder und die Antenne (3) auf eine Übertragungsfrequenz in der in der Größenordnung von 2,45 GHz ausgelegt ist und dass die Antenne (3) in einem Gummipfropfen (4) integriert ist, der in eine den Reifengummi (5) sowie die darunter liegenden Stahlgürtel-Lage(n) (9,10) und Karkasse (11) mit Inliner (12) durchdringende Öffnung (6) eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen, insbesondere mit Stahlgürteldrähten, Karkasse und Inliner, sowie mit einer im Bereich der Reifen-Lauffläche von der Reifen-Innenseite her angeordneten Antenne zur Datenübermittlung, insbesondere für einen Transponder zur Übermittlung von Energie und Messgrößen, die mit einer am Fahrzeug angeordneten Sende- und Empfangsantenne zusammenwirkt. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 102 17 215 A1 und der EP 1 344 658 A1 auch auf die DE-AS 1 190 825 sowie auf die EP 0 936 089 B1 und die FR 2 835 218 A1 verwiesen.
Mittels einer geeigneten Antenne in einem Fzg.-Reifen sowie bevorzugt mittels eines zugehörigen Transponders können relativ einfach Daten und physikalische Messgrößen, insbesondere der Reifen-Luftdruck, an eine am Fahrzeug-Aufbau angebrachte Empfangsantenne übertragen werden und von dieser an eine elektronische Auswerteeinheit weitergeleitet werden, in welcher bspw. eine Überwachung des Reifen-Luftdrucks durchgeführt wird. Bekannt sind dabei unterschiedliche Anbauorte für die aufbaufeste Sende- und Empfangsantenne, so bspw. gegenüberliegend dem jeweils obersten Laufflächen-Abschnitt des Reifens, d.h. an der Innenseite des Fzg.-Radhauses im Deckenbereich. Hierfür kann die Antenne im Reifen bspw. als Ringantenne ausgebildet und bevorzugt in der Lauffläche des Reifens - und somit nahe der Empfangsantenne - angeordnet sein, so wie dies in der DE 102 17 215 A1 gezeigt ist. Einen anderen bevorzugten Anbauort für die Empfangsantenne stellt die innere Seitenwand des Fzg.-Radhauses dar, wo diese Antenne sowie deren Peripherie bestmöglich vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt werden kann. Dann sollte eine Reifen-Ringantenne in bzw. an der dieser inneren Seitenwand des Fzg.-Radhauses zugewandten Seitenwand des Reifens vorgesehen sein, so wie dies bspw. in der EP 1 344 658 A1 gezeigt ist, da andernfalls die Übertragung von Daten (und Energie) aufgrund eines zu großen Abstandes nicht gewährleistet wäre.
Die Anbringung einer Ringantenne in der Seitenwand des Reifens hat jedoch Nachteile, da sichergestellt sein muss, dass der Reifen derart auf der Felge montiert ist, dass bei montiertem Fzg.-Rad die Reifen-Rinngantenne der fahrzeugfesten Sende- und Empfangsantenne zugewandt ist. Dies hat zur Folge, dass bei laufrichtungsgebundenen Reifen (und das sind die meisten der heutigen M+S-Reifen) linke und rechte Reifen bevorratet gehalten werden müssen, was u.a. beim Fahrzeughersteller die Variantenvielfalt sowohl bei der Fahrzeugproduktion als auch im Ersatzteilhandel verdoppeln würde.
Sowohl bei laufrichtungsgebundenen als auch bei nicht-laufrichtungsgebundenen Reifen wird bei Nichtbeachtung der richtigen Reifen-SeitenZuordnung zum Fahrzeug die Telemetrie-Kommunikation zwischen dem Reifen-Transponder und dem Fahrzeug unterbrochen, was eine Störung verursacht und somit vermieden werden sollte. Da jedoch insbesondere bei nicht-laufrichtungs-gebundenen sog. Normalreifen insbesondere bei Durchführung eines Reifenwechsels außerhalb einer Fachwerkstatt die richtige Seitenzuordnung nicht beachtet werden dürfte, ist daher mit den geschilderten bekannten Fahrzeug-Reifen mit an einer Seitenwand umlaufenden Ringantenne eine große Anzahl von Störfällen zu befürchten.
Übliche und zumindest in den wichtigsten Ländern zumindest teilweise zulassungsfähige Transponder-Frequenzen sind 125 kHz, 13,56 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 950 MHz sowie 2,45 GHz. Bei einer Übertragungsfrequenz von 125 kHz wird die Energieübertragung hauptsächlich vom sog. H-Feld getragen, welches jedoch schon bei kurzen Luftstrecken stark abnimmt. Infolge dessen muss die fahrzeugfeste Antenne relativ nahe am Reifen positioniert werden, was bei größeren Reifenbreitenvarianten an einem Fahrzeug eine aufwändige Nachjustage erzwingen würde. Ferner ist eine brauchbare Kommunikation nur möglich, wenn - wie bereits erläutert - stets die innere Reifenseite zur am Fahrzeug bspw. achsseitig montierten Antenne zeigt.
Wenn der Transponder mit einer Reifendruck-Sensorik ausgestattet ist, muss er zweckmäßigerweise auf der dem Reifen-Innenraum zugeordneten Fläche, d.h. auf dem sog. Inliner aufgebracht sein. Damit befindet er sich nahe der im Hochfrequenzbereich stark dämpfenden Stahlgürtellagen des Reifens. Wird dabei der Transponder mit der zugehörigen Antenne unter dem Laufstreifen-Gürtelpaket des Reifens angebracht, wäre bei Verwendung einer Ringantenne deren mechanische Beanspruchung beim Abrollen des Reifens sehr hoch. Ferner müsste die fahrzeugfeste Antenne einen relativ großen Abstand vom Reifen haben, um sowohl bei Lenk- und Einfederbewegungen des Reifens als auch bei Schneekettenbetrieb nicht beschädigt zu werden. Dann wäre jedoch vom Transponder zur Antenne nur mit sehr hohem Energieeinsatz eine ausreichend gute Kommunikation möglich, was insbesondere einen sehr aufwändigen Energiespeicher im Transponder mit entsprechenden Gewichts- und Kostennachteilen zur Folge hätte.
Bei Verwendung höherer Übertragungsfrequenzen und demzufolge kürzeren Antennen wird die Fernwirkfähigkeit über die Luftstrecke zwar größer, jedoch wird nachteiligerweise die Signaldämpfung durch den Stahlgürtel des Reifens bei zunehmenden Frequenzen immer stärker, so dass insbesondere in dem weltweit für Anwendungen in Kraftfahrzeugen genehmigungsfähigen 2,45 GHz-Band keine ausreichend gute Signalkopplung mehr möglich ist, wenn ein Transponder mit zugehöriger Antenne so angeordnet werden würde, wie dies in der EP 0 936 089 B1 für eine elektronische Überwachungsvorrichtung eines Reifens gezeigt ist, die in einem Gummiflicken angeordnet ist, der von innen her an die Laufflächenseite des Reifens anvulkanisiert ist.
Hiermit soll nun für einen Fahrzeugreifen mit einer Antenne sowie ggf. einem Transponder eine Antennen-Anordnung aufgezeigt werden, mit der die geschilderte Problematik nicht auftritt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für einen Fahrzeugreifen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne in einem Gummipfropfen integriert ist, der in eine den Reifengummi sowie ggf. die darunter liegenden Stahlgürtel-Lage(n) und Karkasse mit Inliner durchdringende, insbesondere zylindrische Öffnung eingesetzt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist die Antenne im Gummimaterial sowie auch teilweise innerhalb des Stahlgürtels des Reifens vorgesehen, wobei sich die Antenne ebenso wie der Gummipfropfen vorzugsweise in Radialrichtung des Reifens erstrecken. Eine solchermaßen entsprechend kurze Antenne erfordert die Verwendung höherer Übertragungsfrequenzen, was wegen der größeren Reichweite vorteilhaft ist. Dabei tritt der eingangs geschilderte Nachteil der höheren Signaldämpfung vorteilhafterweise nicht oder nur deutlich reduziert auf, indem die Antenne die Stahlgürtellagen des Reifens durchdringt und mit ihrem freien Ende über diese hinaus in das Gummiprofil des Reifens hineinragt.
Vorzugsweise ist die zylindrische Öffnung zur Aufnahme des Gummipfropfens im Bereich eines Profilklotzes oder einer Profilrippe des Reifenprofils vorgesehen, da hier die Antenne gut geschützt in Radialrichtung betrachtet relativ weit nach außen ragen kann. Dabei ist der vorgeschlagene Gummipfropfen sehr ähnlich der bekannten Plug-in-Technik in Verbindung mit Reifen-Reparaturen, wozu lediglich beispielshalber auf die DE-AS 1 190 825 verwiesen werden kann. Bei dieser Plug-in-Technik wird bei einem Gürtelreifen mit einem Einfahrschaden im Bereich der Lauffläche, wenn der Schaden so früh entdeckt wurde, dass eine Korrosion der Stahlgürtel-Litzen noch ausgeschlossen werden kann, der Einstichkanal mit einer kalibrierten Ahle aufgerieben und anschließend in diesen Kanal ein vorgeformter, mit Vulkanisierflüssigkeit benetzter Gummikörper eingezogen und das über die Lauffläche hinausstehende Teil mit einem scharfen Messer abgeschnitten. Dabei können die Gummikörper je nach Ausbildung von innen nach außen oder von außen nach innen geschoben werden. Das Verriegelungsprinzip gegen Ausploppen durch den Reifen-Innendruck und gegen die Fliehkraft ist immer eine gegen die Ausziehkräfte gerichtete formschlüssige Krallen- oder Pilz-Struktur, welche an der Inlinerfläche aufliegt und jede Bewegung nach außen verhindert.
In Übertragung dieses grundsätzlich bekannten Prinzips kann nun der vorgeschlagene, die Antenne aufnehmende Gummipfropfen einen innenseitig am Reifen und insbesondere am Inliner anliegenden, vorzugsweise pilzförmigen Kopf aufweisen. Vorteilhafterweise kann in diesem Kopf der Transponder angeordnet sein. In diesem Transponder kann dabei - wie bekannt - bereits ein Sensor zur Ermittlung des Reifen-Innendrucks oder eine anderer Messfühler vorgesehen sein.
Die Antenne kann von der Reifen-Innenseite aus betrachtet derart weit in den Gummipfropfen hineinragen, dass mit einem Abfahren des Reifenprofils kurz vor oder bei Erreichen des minimalen Reifenprofils die Antenne soweit in Mitleidenschaft gezogen ist, dass dann aus dem entsprechenden Signalverhalten der Antenne auf diesen Zustand geschlossen werden kann. Dies kann dann dem Fahrer des Kraftfahrzeugs geeignet mitgeteilt werden, so dass es nicht länger erforderlich ist, dass der Fahrer selbst eine Sichtkontrolle am Reifen im Hinblick abgefahrenes Reifenprofil durchführt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Prinzipdarstellung, in der ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Reifen dargestellt ist, weiter erläutert.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Transponder 1 bezeichnet, der im Pilz-Kopf 2 eines Gummipfropfens 4 eingebettet ist. Seine vorzugsweise für eine Übertragungsfrequenz 2,45 GHz ausgelegte und daher nur sehr kleine bzw. kurze Antenne 3 ist in den Stiel-Bereich des Gummipfropfens 4 geführt. Der Zusammenbau von Transponder 1, Antenne 3 und Gummipfropfen 4 ist bspw. durch Form-Umspritzen eines speziell ausgebildeten Transponders 1 mit Antenne 3 mit einem reifenüblichen Gummi-Elastomer möglich.
In einen üblichen vorgefertigten Reifen 5 ist bzw. wird bevorzugt im Laufstreifen-Mittenbereich im Bereich eines Profilklotzes 7 oder einer Profilrippe durch das Stahlgürtelpaket 9 und 10 des Reifens 5 sowie durch dessen Karkasse 11 und den Inliner 12 eine vorzugsweise zylindrische Öffnung 6 eingestanzt, bspw. einen Durchmesser aufweisend, der auch bei den eingangs beschriebenen Reifen-Reparaturen (mit Plug-in-Technik) zur Anwendung kommt. In diese Öffnung 6 ist bzw. wird der mit Vulkanisierflüssigkeit benetzte Gummipfropfen 4 eingeschoben oder eingezogen. Dabei kann dieser Verbund zwischen dem Reifen-Gummi 5 und dem Gummipfropfen 4 durch Kalt- oder Heißvulkanisation chemisch dauerhaft gestaltet sein.
Dabei kann das soweit beschriebene Einbringen des mit der Antenne 3 sowie ggf. dem Transponder 1 versehenen Gummipfropfens 4 entweder direkt im Anschluß an übliche Reifenfertigungsprozesse oder sogar erst unmittelbar vor der Reifenmontage durchgeführt werden, was insbesondere in der Einführungsphase von kommunikationsfähigen Reifen für den Reifenfachhandel vorteilhafter ist als die Bevorratung von ansonsten gleichen Reifen in zwei Versionen, nämlich mit bzw. ohne Transponder.
Im übrigen kann, sofern die Gummimasse des Gummipfropfens 4 elektrisch ausreichend leitfähig ist, dieser auch zum Ableiten der bei Silika-Laufstreifen-Mischungen entstehenden statischen Aufladung zur Fahrbahn eingesetzt werden und andere Ableitstrukturen im Laufstreifen ersetzen. Ferner wird die Antenne 3, sofern sie im Gummipfropfen 4 so lange gestaltet oder ausgebildet ist, dass sie nur bis zur Höhe der Mindestprofiltiefe, die üblicherweise durch die TWI =Tread Wear Indicatoren 8 gekennzeichnet ist, reicht, bei abgefahrenem Reifen freigelegt und mechanisch unterbrochen und/oder dabei elektrisch so stark verstimmt, dass die Kommunikation zwischen dem Transponder und einer fahrzeugfesten Antenne unterbrochen oder anderweitig beeinflusst wird. In einem fahrzeugfesten Steuergerät kann dann eine entsprechende Meldung ausgelöst werden, welche bspw. anhand einer Diagnose-Liste als die wahrscheinlichste Ursache einen zu weit abgefahrenen Reifen beinhalten kann.
Ein vorgeschlagener Fzg.-Reifen kann praktisch mit bestehenden Standardprozessen erhalten werden, vorteilhafterweise ohne jegliche konstruktive Änderung am Reifen selbst oder in Verbindung mit dessen Herstellprozess. Dabei kann der vorgeschlagene Gummipropfen 4 mit der Antenne 3 sowie ggf. mit dem Transponder 1 sowohl beim Reifenhersteller als auch bei üblichen Vulkaniseur- bzw. Reifenwerkstätten eingesetzt werden. Die Funkstrecke des weiterhin unterhalb des Stahlgürtelpakets 9, 10 angebrachten Transponders 1 zur fahrzeugfesten Antenne wird nicht mehr von diesem Stahlgürtelpaket unterbrochen, so dass eine weltweit zulassungsfähige Kommunikation zwischen Reifen und Fahrzeug bspw. auf der Standard-Funkfrequenz von 2,45 GHz möglich ist. Vorteilhafterweise kann ein evtl. im Fahrbetrieb defekt gewordener Transponder leicht durch einen neuen an einer anderen Umfangsstelle des Reifens einzubringenden Transponder ersetzt werden, wobei durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Fahrzeugreifen mit Stahlgürteldrähten (9, 10), Karkasse (11) und Inliner (12), sowie mit einer im Bereich der Reifen-Lauffläche von der Reifen-Innenseite her angeordneten Antenne (3) für einen mit einer Reifendruck-Sensorik ausgestatteten Transponder (1), mittels derer der Luftdruck im Reifen an eine am Fahrzeug angeordnete Empfangsantenne übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder und die Antenne (3) auf eine Übertragungsfrequenz in der in der Größenordnung von 2,45 GHz ausgelegt ist und dass die Antenne (3) in einem Gummipfropfen (4) integriert ist, der in eine den Reifengummi (5) sowie die darunter liegenden Stahlgürtel-Lage(n) (9,10) und Karkasse (11) mit Inliner (12) durchdringende Öffnung (6) eingesetzt ist.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gummipfropfen (4) einen innenseitig am Reifen, insbesondere am Inliner (12) anliegenden, vorzugsweise pilzförmigen Kopf (2) aufweist, in dem der Transponder (1) angeordnet ist.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) von der Reifen-Innenseite aus betrachtet derart weit in den Gummipfropfen (4) hineinragt, dass mit Abfahren des Reifenprofils bei Erreichen des minimalen Reifenprofils die Antenne (3) soweit in Mitleidenschaft gezogen ist, dass dann aus dem entsprechenden Signalverhalten der Antenne (3) auf diesen Zustand geschlossen werden kann.