DE102004028462A1

DE102004028462A1 - Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten

Info

Publication number: DE102004028462A1
Application number: DE200410028462
Authority: DE
Inventors: Inna Komornik; Stephan Dr. Köhne; Ulrich Geffert
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-29

Abstract

Offenbart wird eine Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten, welche jeweils einen außenseitigen Grundkörper und innenseitig jeweils eine profilierte Formfläche aus gesintertem Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formfläche durch das jeweilige Profilsegment nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen sind, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Mikrokanälen und Mikroporen besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zur Rückenfläche des Profilsegments erstrecken. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Reifenvulkanisierform dadurch aus, dass zwischen Segmentgrundkörper und Formfläche eine dreidimensionale Gitterstruktur angeordnet ist, durch welche ein Heizmedium leitbar ist. Offenbart wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Reifenvulkanisierform.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
In Reifenvulkanisierformen wird der auf den Reifenunterbau aufgebrachte Laufflächenstreifen aus Kautschukmaterial zu dem gewünschten Profil geformt und unter Wärmeeinwirkung zu Gummi vulkanisiert. Bei diesem Vorgang muss die zwischen Laufflächenstreifen und Formfläche vorhandene Luft abgeführt werden, um einwandfreie Ausformung des Reifenprofils zu gewährleisten.

Bekannte Reifenvulkanisierformen weisen hierfür einerseits in ihrer Formfläche mündende Entlüftungskanäle oder -bohrungen auf, welche andererseits direkt oder über weitere Entlüftungskanäle an einer Außenfläche der Form münden. Die Form besteht dabei üblicherweise aus mehreren umfangsmäßig zusammenfügbaren Profilsegmenten mit je einer Formfläche, die bei zusammengesetzten Profilsegmenten zusammen mit seitlichen Formwänden die Gesamtform bilden, aus der sich die äußere Kontur des Luftreifens ergibt.

Bei bekannten Profilsegmentsystemen werden die in der Formfläche der Profilsegmente mündenden Entlüftungskanäle durch gebohrte Ausnehmungen gebildet, in welche verschließbare Entlüftungsventile einsetzbar sind. Um eine ausreichende Entlüftung der Vulkanisierform, insbesondere auch in Nischen des Profils zu gewährleisten, muss eine Vielzahl solcher Entlüftungskanäle, üblicherweise zwei- bis dreitausend pro Vulkanisierform, vorgesehen werden. Dies führt zu einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand für die Herstellung der Reifenvulkanisierform.

Ein weiterer Nachteil bekannter Profilsegmentsysteme besteht darin, dass beim Ausvulkanisieren des Fahrzeugluftreifens Kautschukmaterial in die Entlüftungskanäle gepresst bzw. gesogen werden kann. Die dadurch entstehenden Austriebe bleiben auf dem fertigen Fahrzeugluftreifen erhalten und müssen vor dessen Verwendung mit eigens dafür vorgesehenen Maschinen entfernt werden. Dieses sogenannte Trimmen führt zu einer Verlängerung und Verteuerung des Herstellungsprozesses des Fahrzeugluftreifens.

Aus der DE 43 41 683 A1 und der EP 0 868 955 A1 sind bereits gattungsgemäße Profilsegmente beschrieben, bei welchem zumindest die Formfläche aus einem gesinterten und porösen Material besteht. Material- und herstellungsbedingt weisen die Formflächen eine Vielzahl von Mikrokanälen und Mikroporen auf, welche miteinander in Verbindung stehen. Durch diese Mikrokanäle oder Mikroporen wird Luft abgeführt und formaußenseitig angeordneten zentralen Luftabfuhrkanälen größeren Durchmessers zugeführt. Derartige Mikrokanäle oder Mikroporen weisen den Vorteil auf, dass kein Einsatz von Entlüftungsventilen bzw. das Ausführen von Entlüftungsausnehmungen nötig wird. Die in den genannten Dokumenten beschriebenen Materialien, insbesondere keramische Werkstoffe, sind jedoch relativ teuer und lassen weniger gestalterische Möglichkeiten zu, als dass dies mit üblichen metallischen Werkstoffen, insbesondere Stahl oder Aluminium, möglich ist.

Die Abfuhr von Luft aus der Reifenvulkanisierform ist jedoch nur eines einer Reihe von Problemen, mit denen sich der Fachmann konfrontiert sieht. Ein weiteres praxisrelevantes Problem ist die wünschenswerte Reduzierung der Heizzeit, d. h. eine Verringerung der Vulkanisationszeit. Geheizt werden Reifenformen üblicherweise mit Wasserdampf als Heizmedium, das in einen formeninnenseitig angeordneten Heizbalg eingeleitet wird, bzw. das durch entsprechenden Dampfkanäle in die Formsegmente eingeleitet wird. Seit langem ist es ein Ziel des Fachmanns, die Formsegmente möglichst schnell und kontrolliert auf Betriebstemperatur zu bringen, um hierdurch den gesamten Vulkanisationsprozess zeitlich zu optimieren.

Üblicherweise wurden bislang die Heizkanäle für den Wasserdampf in die Formsegmente gebohrt, gefräst oder durch Erodierverfahren in die Segmente eingebracht. Dies ist ein langwieriger und teurer Prozess, der sich nur bei entsprechenden Stückzahlen von mit der jeweiligen Form hergestellten Reifen wirtschaftlich rentiert.

Zudem weisen herkömmliche Formsegmente nur zwei oder drei Heizkanäle auf, die von Wasserdampf durchströmt werden, was dazu führt, dass sich das Formsegment zunächst ungleichmäßig erwärmt und es relativ lange dauert, bis eine gleichmäßige Erwärmung des Formsegments erreicht wird.

Für kleinere Stückzahlen, insbesondere im Prototypenbereich, sind derartige Formen jedoch zu teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reifenvulkanisierform zu schaffen, die schnell und preiswert herzustellen ist und durch welche eine Reduzierung der Heizzeit eines Fahrzeugluftreifens ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Reifenvulkanisierform gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß besteht eine Reifenvulkanisierform aus mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten, welche jeweils außenseitig aus einem Segmentgrundkörper und innenseitig jeweils aus einer profilierten Formfläche aus gesinterten Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formfläche durch das jeweilige Profilsegment nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen sind, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl miteinander in Verbindung stehender Mikrokanäle und Mikroporen besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zur Rückenfläche des Profilsegments erstrecken, wobei sich die Reifenvulkanisierform erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass zwischen Segmentgrundkörper und Formfläche eine Gitterstruktur angeordnet ist, durch welche ein Heizmedium leitbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird also auf überraschend einfache Art und Weise dadurch gelöst, dass eine dreidimensionale Gitterstruktur zwischen gesinterter Formfläche und Grundkörper angeordnet wird. Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann bei einem Verfahren zur Herstellung einer derartigen Form vorgesehen sein, dass das Gitter entweder als fertiges Teil auf den Grundkörper aufgelegt und anschließend die Formfläche auf das Gitter aufgesintert wird, oder dass alternativ die dreidimensionale Gitterstruktur durch ein Laser-Sinter-Verfahren direkt auf den Grundkörper aufgebracht bzw. dort erzeugt und anschließend die poröse Formoberfläche ebenfalls durch ein Laserschmelzverfahren auf der Gitterstruktur aufgebracht bzw. dort erzeugt wird.

Bei diesem schichtweisen Aufbau des Formsegmentes ist es also nicht mehr nötig, Heizkanäle in einem späteren Schritt in das Segment einzubringen, sondern es entsteht sozusagen von allein beim schichtweisen Aufbau bzw. beim schichtweisen Erzeugen des gesamten Grundkörpers.

Besonders vorteilhaft wird es sein, wenn sich die Gitterstruktur über 50 bis 95 % der Breite des Profilsegmentes erstreckt. Auf diese Weise entsteht ein Hohlraum innerhalb des Profilsegmentes, der gänzlich mit Wasserdampf geflutet werden kann, wodurch das Profilsegment innerhalb kürzester Zeit auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung des Heizzyklusses.

In einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dreidimensionale Gitterstruktur eine Höhe von 2 mm bis 20 mm und einzelne Gitterstäbe aufweist, welche eine Länge von 2 mm bis 10 mm und einen Durchmesser der Gitterstäbe von 0,5 mm bis 2 mm, sowie Abstände untereinander von 2mm bis 10 mm aufweisen.

In einer weiteren praktischen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mikrokanäle und Mikroporen einen Durchmesser von 30 bis 200 Mikrometer, vorzugsweise von 80 bis 200 Mikrometer aufweisen. Diese Porengröße hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da durch diese Luft schnell und sicher aus der Form abgeleitet werden kann, ohne dass Kautschuk in die Poren eindringt und die Luftkanäle hierdurch verstopft. Auch das Ausformen des Reifens lässt sich hierdurch positiv beeinflussen, ebenso das Aussehen der Lauffläche des Fahrzeugluftreifens selbst. Bei geschickter Einstellung der Porengröße lässt sich eine Oberfläche des Laufstreifens des Fahrzeugluftreifens erzeugen, welche dann den bekannten Lotuseffekt zeigt, d. h., dass Schmutz und andere unerwünschte Partikel nicht an der Oberfläche des Laufstreifens bzw. der Seitenwand des Fahrzeugluftreifens haften bleiben. Dies ist insbesondere im Neuzustand des Reifens von Vorteil, da er sich dann einem Kunden optisch besonders ansprechend präsentiert, da er tiefschwarz und glänzend erscheint. Aber auch, insbesondere wenn ein Formsegment der erfindungsgemäßen Reifenvulkanisationsform zur Schaffung der Seitenwandbereiche des Fahrzeugluftreifens eingesetzt wird, kann dies auch bei längerem Betrieb des Fahrzeugluftreifens positiv erscheinen, da sich durch den Lotuseffekt ein Selbstreinigungseffekt der Seitenwand einstellt und die Seitenwand stets sauber bleibt.

In praktischen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für das Material der Formfläche sinterbarer Stahl oder sinterbares Aluminium verwendet wird; ebenso kann vorgesehen sein, dass für die dreidimensionale Gitterstruktur sinterbarer Stahl oder sinterbares Aluminium verwendet wird. Es ist ferner gemäß einer weiteren praktischen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, für das Material der Formfläche ein Material zu verwenden, das unter der Handelsbezeichnung Metapor von der Firma International Mold Steel, Inc., 6796 Powerline Drive, Florence KY 41042 USA, erhältlich ist und bei dem es sich um ein besonderes Aluminium-Sintermaterial handelt.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Profilsegment mit einem Vakuumanschluss versehen ist. Wird ein Vakuum angelegt, kann beim Zusammenfahren der Reifenvulkanisierform eingeschlossene Luft noch schneller abgeleitet werden.

Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Profilsegment der erfindungsgemäßen Reifenvulkanisierform dadurch hergestellt, dass mittels eines an sich bekannten Laserschmelzverfahrens oder stereolithographischem Verfahrens, das auch unter der Bezeichnung Rapid Prototyping bekannt ist, auf dem Grundkörper die dreidimensionale Gitterstruktur aus einem sinterfähigen Pulvermaterial aufgebaut wird und dass anschließend auf die derart geschaffene dreidimensionale Gitterstruktur die mit Mikrokanäle und mit Mikroporen versehene Formfläche mittels Laserschmelzverfahren aus sinterfähigem Pulvermaterial aufgebaut wird.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die dreidimensionale Gitterstruktur als fertiges Bauteil auf den Grundkörper aufgelegt und mittels Laserschmelzverfahren auf der Gitterstruktur die Formfläche aufgebaut wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt:
1: ein Ausführungsbeispiel eines Profilsegments einer erfindungsgemäßen Reifenvulkanisierform im Radialschnitt, und
2 eine Aufsicht auf eine Formfläche der erfindungsgemäßen Reifenvulkanisierform in 14-facher Vergrößerung.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiels eines Profilsegmentes 1 einer nicht weiter dargestellten Reifenvulkanisierform in Radialschnitt dargestellt. Das Profilsegment besteht aus einem außenseitigen Grundkörper 2, welcher einstöckig mit einer innenseitig angeordneten profilierten Formfläche 3 verbunden ist. Die Formfläche 3 weist Erhöhungen (4) und Vertiefungen (5) auf, welche das Laufflächenprofil eines nicht dargestellten Fahrzeugluftreifens formen. Die Formfläche 3 besteht aus einem gesinterten Stahlmaterial, welches mittels eines an sich bekannten Laserschmelzverfahrens aus pulvrigem Material schichtweise zu der profilierten Formfläche aufgebaut wurde. Über den gesamten Querschnitt und die gesamte Breite weist die Formfläche 3 in 1 nur angedeutete Mikrokanäle und Mikroporen 6 auf. Durch die Mikroporen 6 kann Luft aus der Reifenvulkanisierform über eine dreidimensionale Gitterstruktur 7 durch eine zentrale Entlüftungsbohrung aus der Reifenvulkanisierform abgezogen werden.
Die dreidimensionale Gitterstruktur 7, welche ebenfalls durch ein an sich bekanntes Laserschmelzverfahren direkt auf den Grundkörper 2 aus sinterfähigem Pulvermaterial erzeugt wurde, weist eine Vielzahl von Gitterstäben 9, 10, 11 auf, welche zusammen ein Stabwerk 12 bilden, dessen Stabilität ausreichend ist, um den beim Vulkanisierprozess entstehenden hohen Drücken und Temperaturen standzuhalten. Gleichzeitig dient die Gitterstruktur 7 dazu, ein Verbund von Hohlräumen zu schaffen, durch welche ein Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, geleitet werden kann, und zwar so, dass das Formsegment möglichst über die gesamte Breite und Länge gleichmäßig von Wasserdampf durchströmt werden kann, so dass das Formsegment schnell und gleichmäßig auf Temperatur gebracht wird.
In 2 ist eine fotografische Mikroskopaufnahme in 14-facher Vergrößerung einer Aufsicht auf die Oberseite der Formfläche dargestellt. Zu erkennen ist, dass sowohl in den Vertiefungen 5, als auch in den Erhebungen 4 der Formfläche 3 Mikroporen 6 verteilt sind, durch welche Luft aus der Reifenvulkanisierform abgeführt werden kann.

1: Profilsegment
2: Grundkörper
3: Formfläche
4: Erhebung
5: Vertiefung
6: Mikropore
7: Gitterstruktur
8: Entlüftungsbohrung
9, 10, 11: Gitterstäbe
12: Stabwerk

Claims

Reifenvulkanisierform mit mehreren zu einer umfangsmäßig geschlossenen Form zusammenfügbaren Profilsegmenten (1), welche jeweils einen außenseitigen Grundkörper (2) und innenseitig jeweils eine profilierte Formfläche (3) aus gesintertem Material aufweisen und mit sich ausgehend von dieser Formfläche (3) durch das jeweilige Profilsegment (1) nach außen erstreckenden Luftableitwegen versehen sind, wobei zumindest ein Teil der Luftableitwege wenigstens formflächenseitig aus einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Mikrokanälen und Mikroporen (6) besteht, wobei sich die Luftableitwege zumindest teilweise bis zur Rückenfläche des Profilsegments (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Segmentgrundkörper (2) und Formfläche (3) eine dreidimensionale Gitterstruktur (7) angeordnet ist, durch welche ein Heizmedium leitbar ist.
Reifenvulkanisierform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Gitterstruktur (7) aus einem gesinterten Material besteht.
Reifenvulkanisierform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Gitterstruktur (7) Gitterstäbe (9, 10, 11) aufweist, welche zusammen ein Stabwerk (12) bilden, wobei die Gitterstäbe (9, 10, 11) eine Länge von 2 mm bis 20 mm, eine Höhe von 2 mm bis 20 mm, sowie Abstände untereinander von 2 mm bis 10 mm aufweisen, wobei die Gitterstäbe einen Durchmesser von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen.
Reifenvulkanisierform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Gitterstruktur (7) 50 % bis 95 % der Breite des Profilsegments (1) beträgt.
Reifenvulkanisierform nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Mikroporen (6) 20 bis 200 μm, vorzugsweise 80 bis 200 μm beträgt.
Reifenvulkanisierform nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (3) und/oder die Gitterstruktur (7) aus gesintertem Stahl besteht.
Reifenvulkanisierform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (3) und/oder die Gitterstruktur (7) aus gesintertem Aluminium besteht.
Reifenvulkanisierform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (3) und/oder die Gitterstruktur (7) aus Metapor besteht.
Reifenvulkanisierform nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroporen (6) des Profilsegments (1) in Verbindung mit einer Vakuumquelle stehen.
Verfahren zur Herstellung einer Reifenvulkanisierform wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) mittels eines Laserschmelzverfahrens die dreidimensionale Gitterstruktur (7) aus einem pulverförmigen sinterfähigen Material aufgebaut wird, und dass anschließend nach Erzeugung der Gitterstruktur (7) die mit Mikroporen (6) versehene Formoberfläche mittels eines Laserschmelzverfahrens aus einem sinterfähigen Pulvermaterial aufgebaut wird.
Verfahren zur Herstellung einer Reifenvulkanisierform wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundkörper (2) der Vulkanisierform die Gitterstruktur (7) als separates Bauteil aufgelegt wird, und dass anschließend auf die Gitterstruktur (7) sinterfähiges Pulvermaterial aufgebracht und anschließend mittels eines Laserschmelzmaterials zur Formoberfläche (3) gesintert wird.