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Gebiet der Technik
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Die Erfindung einen Reifen mit einer auf einer Metalldrahtanordnung aufvulkanisierten Gummierung und einer im Reifen angeordneten Sende-/ Empfangsschaltung, aufweisend einen Transponder und eine mit einer Spule des Transponders magnetisch gekoppelten Antenne.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Fertigung eines derartigen Reifens.
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Stand der Technik
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Gummireifen zur Verwendung an Kraftfahrzeugen besitzen eine Karkasse, die aus einem Gurtgewebe und insbesondere aus mehreren Gewebeschichten besteht. Die Karkasse kann mehrlagig sein. Innerhalb der Karkasse befindet sich eine Innenisolierung. Außerhalb der Karkasse weist der Reifen eine Metalldrahtanordnung auf. Es handelt sich dabei um ein Stahlgewebe, das diagonal, quer oder in Laufrichtung gerichtet ist. Außerhalb des Stahlgewebes können weitere, insbesondere Kunststoffgewebe angeordnet sein. Das Ganze ist von einer Gummierung umgeben, welche die profilierte Lauffläche ausbildet. Die Gummierung wird auf den aus Karkasse und Stahlgewebe bestehenden Grundkörper aufvulkanisiert.
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Die
DE 11 2006 001 021 B4 beschreibt ein Reifensensorsystem bestehend aus einem RFID, der in der Lage ist, Betriebsparameter des Reifens zu erfassen und drahtlos zu übertragen. Hierzu wirkt der RFID mit einer seitlich im Oberflächenmaterial des Reifens montierten Verstärkungsantenne zusammen. Die Antenne besteht aus einer Vielzahl von entlang des Reifenumfangs angeordneten Spulen.
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Die
DE 60 2004 011 011 T2 beschreibt eine zwei Drähte aufweisende, in der Seitenwand des Reifens angeordnete Antennenanordnung, die zusammen mit einem Transponder, der mit den Antennen verbunden ist, in den Reifen einvulkanisiert ist.
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Mit dem Transponder sollen Reifenzustandsparameter nach außen übermittelt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, preisgünstige Mittel anzugeben, mit denen ein Reifen fälschungssicher und dauerhaft gekennzeichnet werden kann, wobei die Verriegelung drahtlos erfassbar sein soll.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt.
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Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass der Transponder mechanisch von der Antennenanordnung getrennt ist, so dass Walkbewegungen des Reifens die Wirkverbindung zwischen Transponder und Antennenanordnung nicht beeinflussen kann. Alternative Lösungen der Aufgabe sehen vor, dass die von der Antennenanordnung ausgebildeten Dipolabschnitte von gewendelten Drähten ausgebildet sind und/oder dass eine Transponderanordnung mit einer ersten Antenne, die insbesondere magnetisch mit einer zweiten Antenne gekoppelt ist, ein gummiummanteltes Modul ausbildet, das als Einlegeteil in die Gummierung des Reifens einvulkanisiert wird. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung soll die Antennenanordnung, die einen Dipol oder Quadropol ausbildet, zusammen mit der insbesondere den Stahlgürtel ausbildenden Metalldrahtanordnung montiert werden. Die Antennenanordnung kann Teil der Metalldrahtanordnung sein, also beispielsweise ein Metalldraht des Stahlgürtels sein. Die Antennenanordnung kann aber auch von einem gesonderten Draht ausgebildet sein, der bei der Montage des Stahlgürtels im Reifenunterbau montiert wird. Die Montage der Antenne benötigt somit keinen eigenen Montageschritt, sondern erfolgt bei der herkömmlichen Fertigung bzw. Montage des Stahlgürtels. Als Antenne reicht es aus, einen Draht mit zwei gestreckten Endabschnitten zu verwenden. Die Endabschnitte bilden die Arme einer Dipolantenne und erstrecken sich unterhalb der Lauffläche des Reifens in Umfangsrichtung im Wesentlichen geradlinig, jedoch in einer Schnittebene durch die Achse des Reifens auf einer Kreisbogenlinie. Zwischen den beiden gestreckt verlaufenden Abschnitten bildet eine Schleife des Drahtes eine Spule aus. Diese Spule kann magnetisch mit einer Spule des Transponders zusammenwirken. Das Nahfeld des Transponders erzeugt ein Magnetfeld, welches in der Antennenanordnung eine Wechselspannung induziert, die über den Dipol oder einen Quadropol ein Fernfeld erzeugt, welches außerhalb des Reifens von einer Sende-/Empfangsanordnung empfangen werden kann. Die Sende-/Empfangsanordnung ist in der Lage, ein elektrisches Wechselfeld zu erzeugen, das von der Sende-/Empfangsschaltung des Transponders empfangen werden kann. Die dabei den Transponder übermittelte Energie wird verwendet, um von der Sende-/Empfangsschaltung des Transponders eine Seriennummer des Transponders zu übertragen, die von der Sende-/ Empfangseinrichtung außerhalb des Reifens empfangen werden kann. Die Applizierung des Transponders erfolgt in einem der Montage des Stahlgürtels beziehungsweise der Antenne nachgeordneten Prozess. Der Transponder wird vor dem Aufvulkanisieren der die Lauffläche ausbildenden Gummierung am Reifen fixiert. Der bevorzugt nur wenige Millimeter große Transponder wird im Bereich der Leiterschleife der Antenne angeordnet und bei der Vulkanisierung der Gummierung im Reifen fixiert. Der Transponder arbeitet bevorzugt im Frequenzbereich zwischen 850 MHz und 950 MHz. Die Fläche des Transponders besitzt einen kreisäquivalenten Durchmesser von maximal 5 mm. Es wird insbesondere ein Transponder verwendet, der lediglich eine Kennzeichnungsfunktion ausübt, also nur in der Lage ist, nach elektromagnetischer Aktivierung seine eindeutige Seriennummer drahtlos zu übermitteln. Bevorzugt erstreckt sich die Antenne unterhalb der Lauffläche des Reifens. Die Antenne besitzt bevorzugt zwei Dipolarme, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und die jeweils von einer Antennenspule abragen. Der Transponder kann auf einer kleinen Leiterplatte angeordnet sein, die einen Durchmesser im Bereich zwischen 1 und 5 mm besitzt. Auf dieser Leiterplatte kann auch die galvanisch mit dem Transponder verbundene erste Antenne angeordnet sein. Es kann sich um eine auf die Leiterplatte aufgedruckte Spule handeln. Bevorzugt wird die Leiterplatte von der zweiten Antenne umgeben. Die Leiterplatte wird bevorzugt von ein oder mehreren Windungen der zweiten Antenne umgeben. Die Windungen setzen sich in geradlinig erstreckende Dipolabschnitte fort. Die sich geradlinig erstreckenden Abschnitte der Antenne können gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gewendelt sein. Es handelt sich um wendelförmige Drähte oder Drahtabschnitte. Es ist vorgesehen, dass lediglich die geradlinigen Abschnitte der Antennenanordnung gewendelt sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren Windungen der äußeren Antennenanordnung ebenfalls von einem gewendelten Draht ausgebildet sind. Die mindestens eine Windung der äußeren Antenne kann eng an der Leiterplatte anliegen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Transponder und zwei mit dem Transponder wirkverbundene Dipolabschnitte einer Antenne mit einer Gummiummantelung versehen sind. Mit dieser Gummiummantelung wird ein Modul gebildet, welches als Einlegeteil bei der Fertigung der Gummierung des Reifens verwendet werden kann. Die Antennenanordnung inklusive Transponder können hierzu mit Gummi umspritzt werden. Die im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Dipolabschnitte sind schraubengangförmig gewendelt und können materialeinheitlich mit einem Antennenabschnitt verbunden sein, der die innere Antenne, die mit dem Transponder verbunden ist, umgibt. Die innere Antenne und die äußere Antenne beziehungsweise eine die innere Antenne tragende Leiterplatte sind bevorzugt lediglich über die Gummierung miteinander verbunden, mit der die Antennenanordnung umspritzt ist.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgenden anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt aus einem Reifen, wobei die einzelnen Schichten des Reifenaufbaues weggebrochen dargestellt sind,
- 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1,
- 3 einen Transponder,
- 4 einen Transponder nebst Antenne,
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 4,
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 7 ein Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 6 und
- 8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII in 6.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Der Reifen 1 besitzt eine aus einem Gewebe oder einer Vielzahl von Gewebeschichten, insbesondere aus einem Gurtmaterial bestehende Karkasse 2, innerhalb der sich eine Dichtschicht befindet. Außerhalb der Karkasse 2 weist der Reifen einen Metalldrahtanordnung 3 auf, die einen Stahlgürtel ausbildet. Ein Draht der Metalldrahtanordnung 3 bildet eine Antenne 8 aus. Die Antenne 8 besitzt zwei gestreckt verlaufende, sich in Umfangsrichtung des Reifens 1 erstreckende Abschnitte 10, 11. Jeder der Abschnitte 10, 11 des Drahtes der Antenne 8 besitzt ein freies Ende, wobei die freien Enden der Abschnitte 10, 11 derart voneinander beabstandet sind, dass die Antenne 8 eine optimale Wellenanpassung aufweist. Die beiden Abschnitte 10, 11 sind mit einer Spule 9 verbunden. Die Spule 9 und die Abschnitte 10, 11 können von einem einzigen Draht ausgebildet sein, der sich über die Abschnitte 10, 11, die jeweils einen Dipolarm ausbilden, im Wesentlichen geradlinig erstreckt und der eine ein oder mehrere Windungen aufweisende Schleife ausbildet, die die Spule 9 darstellt.
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Der die Antenne 8 ausbildende Draht wird erfindungsgemäß in demselben Montageschritt gefertigt, in dem bei der Fertigung des Reifens die einen Stahlgürtel ausbildende Metalldrahtanordnung 3 gefertigt ist. Demzufolge kann die Antenne 8 von einem besonders gestalteten Draht der Metalldrahtanordnung 3 ausgebildet sein, wobei dieser Draht eine eine Spule 9 ausbildende Schleife aufweist und insbesondere zwei Enden aufweist, die um die Hälfte der Wellenlänge beabstandet sind, mit der die Antenne senden/empfangen soll.
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Die Antenne 8 kann auch als zusätzlicher Draht mit denselben Maschinen gefertigt bzw. montiert werden, mit denen die Metalldrahtanordnung 3 gefertigt wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Montage der Antenne 8 während der Montage der Metalldrahtanordnung 3 oder unmittelbar nach der Montage der Metalldrahtanordnung 3 montiert wird.
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Der Draht besitzt zwei voneinander wegweisende Endabschnitte 10, 11, die im Wesentlichen geradlinig innerhalb des Reifens verlaufen, wobei die Drahtabschnitte sich bevorzugt in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zur Drehachse des Reifens verläuft. In dieser Drehebene des Reifens liegen die jeweils Dipolarme 10, 11 ausbildenden Drahtabschnitte auf einer Kreisbogenlinie. Die Dipolarme 11, 10 können aber auch schräg zur Laufrichtung des Reifens ausgerichtet sein. Der Draht kann in seiner Mitte zu einer Schleife gelegt sein, welche die Spule 9 ausbildet. Die Schleife kann aus ein oder mehreren Windungen bestehen.
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In einem zeitlich darauf folgenden Fertigungsschritt wird ein Transponder 5, der 2 bis 3 mm Durchmesser aufweist, im Bereich der Spule 9 fixiert. Der Transponder 5 besitzt eine Spule 7, die magnetisch mit der Spule 9 der Antenne 8 gekoppelt ist. Es besteht bevorzugt keine mechanische und/oder elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Transponder bzw. dessen Spule 7 und dem als Antenne 8 wirkenden Draht.
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In einem weiteren Montageschritt wird die Gummierung 4 auf die Metalldrahtanordnung 3 oder eventuell darüber liegende Schichten der Reifenunterkonstruktion aufgebracht. Der Transponder 5 kann auch auf eine dieser weiteren Schichten des Reifenunterbaus aufgebracht werden, wobei der Transponder 5 auch hier im Bereich der Spule 9 der Antenne 8 angeordnet wird.
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Die Fixierung des Transponders 5, der insbesondere auf einer Frequenz zwischen 850 und 950 MHz sendet und empfängt, erfolgt durch die Vulkanisierung der Gummierung 4.
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Der Transponder 5 und die Antenne 8 liegen bevorzugt im Bereich der Lauffläche des Reifens und radial außerhalb der vom Stahlgürtel gebildeten Metalldrahtanordnung 3. Der Transponder ist insbesondere nicht mit Sensoren oder dergleichen verbunden, sondern trägt lediglich in einem nicht flüchtigen Speicher eine einzigartige Seriennummer, die durch elektromagnetische Energieanregung des Transponders 5 über die Antenne 8 zu einem Empfänger gesendet wird. Hierzu besitzt der Transponder 5 eine Sende-/Empfangsschaltung. Die Reichweite der mit dem Transponder 5 zusammenwirkenden Antenne 8 beträgt etwa 1 m.
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Das in der 5 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt eine kleine runde Leiterplatte 12, die einen Durchmesser von 1 bis 5 mm aufweisen kann. Auf der Leiterplatte 12 befindet sich ein integrierter Schaltkreis, der einen Transponder 5 umfasst. Eine erste Spule 7, die beim Ausführungsbeispiel als auf die Leiterplatte 12 aufgedruckte Spule ausgebildet ist, bildet eine erste Antenne, die mit einer zweiten Antenne 8 zusammenwirkt. Die erste Spule 7 kann ein oder mehrere Windungen aufweisen.
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Die zweite Antenne 8 besitzt eine zweite Spule 9, die ein oder mehrere Windungen aufweisen kann. Der Durchmesser der zweiten Spule 9 ist größer als der Durchmesser der ersten Spule 7. Die zweite Spule 9 umgibt die Leiterplatte 12 mit einem geringen Abstand. Sie kann aber auch in berührender Anlage an der Leiterplatte 12 anliegen.
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Die zweite Spule 9 ist materialeinheitlich oder über eine Lötstelle mit zwei voneinander wegweisenden Dipolabschnitten 10, 11 verbunden. In der 5 ist dies dadurch angedeutet, dass die zweite Spule 9 mit einer größeren Strichstärke dargestellt ist, als die Dipolabschnitte 10, 11. Die Dipolabschnitte 10, 11 werden im Ausführungsbeispiel von jeweils einem gewendelten Drahtabschnitt ausgebildet. Die Wendeln der Drahtabschnitte sind voneinander beabstandet, so dass die Dipolabschnitte 10, 11 sowohl gestaucht als auch gestreckt werden können.
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In der in 5 dargestellten Variante besteht die Antenne 8 aus einem einzigen Draht, der im Bereich der zweiten Spule 9 nicht gewendelt ist, der im Bereich der Dipolabschnitte 10, 11 aber gewendelt ist.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der die zweite Antenne 8 ausbildende Draht auch im Bereich der zweiten Spule 9 gewendelt.
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Das in den 6, 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft ebenfalls eine Transponderanordnung. Eine Schaltung 6, die einen Transponder und gegebenenfalls eine erste Antenne aufweisen kann, ist von einer Leiterschleife 9 einer zweiten Antenne 8 umgeben. Die zweite Antenne 8 bildet zwei voneinander wegweisende Dipolabschnitte 10, 11 aus. Im Ausführungsbeispiel sind die Dipolabschnitte 10, 11 schraubengangförmig gewendelte Drähte. Sie können aber auch ungewendelt sein. Es ist hier insbesondere auch vorgesehen, dass die Dipolabschnitte 10, 11 unmittelbar mit der Schaltung 6 verbunden sind. Wesentlich an den in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gummiummantelung 13, die den Transponder 5 und die Dipolabschnitte 10, 11 umgibt. Bei der Gummiummantelung 13 kann es sich um eine Gummiumspritzung handeln. Zufolge dieser Gummiummantelung 13 wird ein einfach zu handhabendes Modul gebildet, das bei der Reifenfertigung als Einlegeteil verwendet werden kann. Bei der Fertigung des Reifens und insbesondere bei der Fertigung der Lauffläche des Reifens wird das Modul in die Spritzgussform gegeben, mit der die Lauffläche geformt wird.
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Bei den vorgefertigten gummiummantelten Modulen kann der Werkstoff der Ummantelung 13 dieselben oder ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie die Gummierung der Lauffläche des Reifens, in die das Modul eingesetzt ist. Die Gummiummantelung 13 vulkanisiert dann mit der Reifengummierung.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
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Ein Reifen 1 mit einer auf einer Metalldrahtanordnung 3 aufvulkanisierten Gummierung 4 und einer im Reifen 1 angeordneten Sende-/ Empfangsschaltung, aufweisend einen Transponder 5 und eine mit einer Spule 7 des Transponders 5 magnetisch gekoppelten Antenne 8, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne 8 einen Dipol oder Quadropol ausbildet und bei oder unmittelbar nach der Montage der Metalldrahtanordnung 3 dem Reifen 1 zugeordnet wird oder Teil der Metalldrahtanordnung 3 ist und der Transponder 5 in der Gummierung 4 sitzt.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne 8 Dipolabschnitte 10, 11 aufweist, die von einem gewendelten Draht ausgebildet sind.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transponder 5 und die zwei Dipolabschnitte 10, 11 aufweisende Antenne 8 ein gummiummanteltes Modul ausbilden, das als Einlegeteil bei der Fertigung der Gummierung 4 in die Gummierung 4 integriert wird.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne 8 eine mit der Spule 7 des Transponders 5 magnetisch zusammenwirkende, mechanisch und galvanisch davon getrennte Spule 7 ausbildet, wobei sich an die beiden Enden der Spule 7 im Wesentlichen gestreckt verlaufende, den Dipol oder Quadropol ausbildende Abschnitte 10, 11 anschließen.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transponder 5 mit einer Frequenz zwischen 850 und 950 MHz arbeitet.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transponder 5 auf einer Fläche angeordnet ist, die einen kreisäquivalenten Durchmesser von maximal 5 mm aufweist.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transponder 5 außerhalb der Metalldrahtanordnung 3 in der Gummierung 4 insbesondere im Bereich der Lauffläche des Reifens 1 angeordnet ist.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Abschnitte 10, 11 in Laufrichtung erstrecken und mit einer eine Spule 9 bildenden Schleife miteinander verbunden sind.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne 8 von einem insbesondere einzigen, zwei Endabschnitte 10, 11 und eine Schleife ausbildenden Draht ausgebildet ist.
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Ein Reifen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transponder 5 lediglich eine Identifikationsfunktion ausübt.
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Eine Transponderanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Transponderanordnung vollständig mit einer Gummierung ummantelt ist.
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Eine Verwendung einer gummiummantelten Transponderanordnung gemäß Anspruch 11 bei der Fertigung eines Reifens 1, wobei das Modul in die Gummierung einvulkanisiert ist.
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Ein Verfahren zur Fertigung eines Reifens 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne 8 bei der Montage der Metalldrahtanordnung 3 oder unmittelbar nach der Montage der Metalldrahtanordnung 3 montiert wird und in einem anschließenden Fertigungsschritt der Transponder 5 außerhalb der Metalldrahtanordnung 3 fixiert und in die Gummierung einvulkanisiert wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein die Antenne 8 und den Transponder 5 aufweisendes gummiummanteltes Einlegeteil 13 verwendet wird, das in die Gummierung einvulkanisiert wird.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reifen
- 2
- Karkasse
- 3
- Metalldrahtanordnung
- 4
- Gummierung
- 5
- Transponder
- 6
- Schaltung
- 7
- erste Spule
- 8
- Antenne (Dipol)
- 9
- zweite Spule
- 10
- Dipol-Abschnitt
- 11
- Dipol-Abschnitt
- 12
- Leiterplatte
- 13
- Gummiummantelung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112006001021 B4 [0004]
- DE 602004011011 T2 [0005]
