DE602004000715T2

DE602004000715T2 - Einbaumethode einer ringförmigen Antenne und einer Transpondervorrichtung

Info

Publication number: DE602004000715T2
Application number: DE602004000715T
Authority: DE
Inventors: Brian Matthew Akron LOGAN; Robert Charles Munroe Falls Schisler; James William Macedonia PRENTIS; David Scott North Canton PERSINGER; Timothy Joseph North Canton SEVERT
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: EP1454772B1; EP1454772A1; DE602004000715D1; JP4312082B2; BRPI0400334A; US6772505B1; JP2004274754A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine ringförmige Vorrichtung, welche eine Antenne und einen Transponder beinhaltet, die in einem Reifen zum Zweck der Übertragung von Reifen- oder Raddaten gebrauchsgeeignet ist, und spezifischer das Verfahren zu ihrem Zusammenbau.
Hintergrund der Erfindung
Es ist üblich, eine ringförmige Vorrichtung, welche eine Antenne beinhaltet, zum elektronischen Übertragen von Reifen- oder Radidentifikations- oder anderen Daten auf Hochfrequenz einzusetzen. Die Vorrichtung umfasst einen Hochfrequenztransponder, der einen integrierten Schaltkreischip mit einer Datenkapazität umfasst, welche zumindest ausreichend ist, um Identifikationsinformation für den Reifen oder das Rad zu behalten. Andere Daten, wie etwa der Fülldruck des Reifens oder die Temperatur des Reifens oder Rades am Transponderstandort, können zusammen mit den Identifikationsdaten von dem Transponder übertragen werden.
In der Technik ist es bekannt, eine ringförmige Antenne einzusetzen, um auf Hochfrequenzen Daten von einem innerhalb der Struktur eines Reifens oder einer Reifen- und Radbaugruppe enthaltenen Transponder zu übertragen. Antenne und Transponder können während der Fertigung "vor Aushärtung" in einen Reifen integriert werden. In der Praxis ist dies jedoch sehr schwierig. Sowohl Radial- als auch Diagonalreifen erfahren im Verlauf der Fertigung eine wesentliche Durchmesservergrößerung. Diagonalreifen werden vom Durchmesser her ausgedehnt, wenn sie in eine Vulkanisierpresse eingebracht werden, welche typischerweise einen Balg aufweist, der den Reifenrohling in die kreisringförmige Form der ihn umschließenden Form zwingt. Radialreifen werden während des Reifenbau- oder Formprozesses einer Durchmesserausdehnung und während des Verlaufs der Aushärtung einer weiteren Durchmesserausdehnung unterzogen. Jede in den Reifen eingebaute ringförmige Antenne und die zugehörige elektronische Schaltkreistechnik muss in der Lage sein, ihre strukturelle Integrität und die mechanische Verbindung zwischen dem Antennen- und Transponderpaket während der Durchmesservergrößerung des Reifens während dessen Fertigung aufrechtzuerhalten. Sobald sie einmal in den Reifen eingebaut sind, zerstört jede aufgespürte Fehlfunktion in der Antenne, dem Transponder oder der Verbindung von der Antenne zum Transponder, die nicht repariert werden kann, die Brauchbarkeit des Reifens und kann ein Ausmustern des Reifens erforderlich machen. Von daher bringt das Anbringen einer Baugruppe von ringförmiger Antenne und Transponder in einen Reifen während dessen Fertigung das Risiko mit sich, dass ein anschließendes Versagen oder Bruch von Baugruppenkomponenten die Zerstörung des ansonsten geeigneten Wirtsreifens nötig machen wird.
Nicht nur besteht das Risiko der Beschädigung eines Systems von ringförmiger Antenne und Transponder während seiner Integration in einen Reifen während der Fertigung, sondern ist eine Beschädigung solcher Systeme, die vom Betrieb des Reifens an einem Fahrzeug herrührt, nicht unüblich. Ringantennen in bekannten Reifendruckwächtersystemen sind bis dato während des Aushärteprozesses entweder am Zenit des Reifens, des Wulsts des Reifens oder der Seitenwand in den Reifen eingebracht worden. Im Zenit angeordnete Antennen und Transponder werden einer beträchtlichen Kompressionsverformung, und an der Seitenwand einer hohen Verformungsamplitude unterworfen. Solche Standorte stellen Hochlast- und Verformungsbereiche des Reifens dar. Demzufolge neigen die Antenne, die Transponder und die Verbindungen dazwischen an solchen Standorten zu Bruch und mechanischem oder elektrischem Versagen.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Montieren eines Transpondermoduls in einem Luftreifen auf solche Weise, dass der Transponder, entweder während der Reifenfertigung oder danach, auf bequeme Weise eingebracht, entfernt, ersetzt und/oder gewartet werden kann. Zusätzlich würden die ringförmige Vorrichtung und das Verfahren zu deren Einsatz so wirken, dass die Transpondersensoren innerhalb eines Reifenhohlraums optimal untergebracht werden, um ein akkurates Messen zu erleichtern.
Es besteht ein weiterer Bedarf an der Verschaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Montieren eines Transponders und einer Antenne für den Transponder in einem Luftreifen, und an der Verschaffung einer hochzuverlässigen magnetischen Kopplung zwischen dem Transponder und der Antenne.
Es besteht noch ein weiterer Bedarf an der Verschaffung eines Verfahrens zum Montieren eines Transpondermoduls in einem Luftreifen an einem beliebigen Punkt im Reifenfertigungsprozess, mit minimaler Auswirkung auf die Reifenleistung.
Zusätzlich besteht ein Bedarf an der Verschaffung eines Verfahrens zum Zusammenbau einer ringförmigen Vorrichtung, die eine gekoppelte ringförmige Antenne und einen Transponder beinhaltet, auf eine kosteneffiziente und effiziente Weise.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung überwindet die Mängel bei bekannten Systemen und Verfahren zum Koppeln einer ringförmigen Antenne an eine elektrische Vorrichtung, wie etwa einen Transponder. Eine ringförmige Antenne wird entweder direkt oder indirekt an einen Transponder gekoppelt. Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird ein kreisringförmiger Körper, der aus einem Material mit hoher elektromagnetischer Permeabilität zusammengesetzt ist, durch eine Wicklung an eine Transpondervorrichtung gekoppelt. Der Antennenring wird direkt durch die zentrale Öffnung in dem Torus geführt und koppelt magnetisch direkt mit dem Toruskörper, ohne Nutzung einer Wicklung oder mechanischen Verbindung. Die elektrische Kopplung geschieht zwischen dem Ring und dem Torus und daher in die Wicklung zum Transducer, da die von dem Magnetfeld des Transceivers in der Ringantenne induzierte Spannung eine Magnetkraft in Nähe des Rings erzeugt. Somit wird das Magnetfeld direkt in den Toruskörper induziert, der den Antennenringdraht bzw. -drähte dicht umgibt. Eine solche Kopplung wird hierin nachstehend als direkte magnetische Kopplung (DMC) bezeichnet. Die DMC-Herangehensweise gestattet es dem Antennenring, ohne eine mechanische Verbindung das Transponderpaket zu durchlaufen und beseitigt daher die Probleme bei der Herstellung und Aufrechterhaltung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Ringdraht und dem Transponderpaket. Die den Torus an das Transponderpaket koppelnde Wicklung kann variiert werden, um eine optimale Impedanzanpassung zu ermöglichen. Demzufolge verschafft die DMC-Technik eine hochenergetische Kopplung mit hoher Bruchfestigkeit, da eine mechanische Verbindung zwischen Antennenring und Transponder vermieden wird. Weiterhin wird der Prozess des Befestigens des Antennenrings an einem Transponder vereinfacht und wird die Fernkopplung zwischen Drahtbündeln oder Kabeln und Transpondern erleichtert. Außerdem wird die magnetische Kopplung zwischen einer ringförmigen Antenne und einem Transponder unter Verwendung der DMC-Technik in einer kontinuierlichen 360 Grad – Ablesung gehalten und werden tote Zonen im Abfragegebiet vermieden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Antenne und der Transponder zumindest teilweise in einen nichtleitenden Trägerstreifen eingebettet, um eine Ringbaugruppe zu bilden, um das Antennen- und Transponderpaket einstückig transportierbar zu machen. Eine solche Baugruppe kann während des Reifenfertigungsprozesses in einen Reifen integriert werden, wird jedoch vorzugsweise mittels Klebstoffen oder anderer bekannter Verfahren in einem nach der Fertigung stattfindenden Befestigungsvorgang an dem Reifen befestigt. Der Trägerstreifen dient zumindest einem vierfachen Zweck. Erstens schützt der Streifen die Unversehrtheit des darin eingekapselten Antennendrahts und Transponders. Zweitens erzeugt der Streifen eine einstückige Baugruppe, die auf bequeme Weise transportiert, inventarisiert und entfaltet werden kann, um bestehende Reifen mit einem Überwachungssystem nachzurüsten oder defekte Komponenten zu ersetzen, falls dies nötig sein sollte. Drittens hält der Streifen die Antenne in einer beabsichtigten optimalen Position in Bezug auf den kreisringförmigen Körper des Transponders, durch welchen sie sich erstreckt. Schließlich dient der Trägerstreifen dazu, eine optimale Ausrichtung des Transponders zum Reifenhohlraum aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren verschafft zum Zuordnen einer Ringantenne zu einer elektronischen Vorrichtung, wie etwa einem Transponder, und des Standorts der Baugruppe von Antenne und Transponder an einem Reifen in einer Position, die die Baugruppe vor durch den Reifenbetrieb und elektromagnetische Interferenz von der Radfelge induzierter Beanspruchung schützt. Das Verfahren umfasst weiter die Schritte des entweder direkt oder indirekt Koppelns der Ringantenne an die elektronische Vorrichtung, durch einen kreisringförmigen Körper, wie etwa einen Transformator. Ein weiterer Schritt beinhaltet das zumindest teilweise Einkapseln der Antenne und des Pakets der Elektronikvorrichtung in ein nichtleitendes Trägerstreifenmaterial, um die Antenne und das Transponderpaket einstückig transportierbar zu machen und die relativen Position der Antenne und des Transponders in jeweilige optimale Orientierungen zu fixieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer Vorrichtung aus ringförmiger Antenne und Transponder verschafft, das die folgenden Schritte umfasst: Extrudieren und Aushärten der Antenne und des Kautschuküberzugs; Ablängen des Antennendrahts und des Kautschuküberzugs; Strippen der Drahtenden; Einführen eines Drahtendes durch einen Transponderkörper von hoher elektromagnetischer Permeabilität, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen dem Antennendraht und dem Transponder durch den kreisringförmigen Körper zu erstellen; miteinander Verspleißen der Enden des Drahts, um einen Endlosring zu bilden; Einspritzen von Kautschuk um das Transponderkästchen und die gestrippten Antennendrahtenden.
Die Vorteile der Erfindung, welche den Fachleuten in der Technik deutlich sein werden, werden durch bevorzugte und alternative Ausführungen erzielt, die nachstehend detailliert beschrieben und durch die begleitenden Zeichnungen illustriert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht eines Reifens und der vorliegenden ringförmigen Vorrichtung, wobei Teile des Reifens zum Zweck der Illustration entfernt sind.
2 ist ein Querschnittsschema eines auf einer Felge montierten Reifens und illustriert alternative Standorte, an denen die vorliegende ringförmige Vorrichtung montiert werden kann.
3 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Reifenteils, wobei eine Transponder- und Antennenbaugruppe an einer Reifenseitenwandoberfläche positioniert ist.
4 ist ein schematische Querschnittsansicht einer an einem Fahrzeugrahmen montierten Reifen- und Radbaugruppe.
5 ist eine vergrößerte Perspektivansicht der vorliegenden Antenne, welche durch ein Transpondermodul ragt.
6 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Teils der vorliegenden ringförmigen Baugruppe.
7 ist eine Perspektiv-Vorderansicht des vorliegenden Transpondermoduls.
8 ist eine Explosions-Perspektivansicht davon.
9 ist eine Draufsicht davon.
10 ist eine Längsschnittansicht durch das Transpondermodul von 9, genommen entlang der Linie 10-10.
11 ist eine Querschnittsansicht durch das Transpondermodul von 9, genommen entlang der Linie 11-11.
12 ist eine Perspektivansicht der Leiterplatte des Moduls.
13 ist eine Perspektivansicht des Empfängermoduls.
14 ist eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführung des Transpondermoduls.
15 ist ein Blockdiagramm des Personenwagen-Transceiver- und Reifenüberwachungssystems.
16 ist eine bruchstückhafte Perspektivansicht eines Teils der bekleideten ringförmigen Antenne, welche gestrippte Endteile zur Transpondermontage aufweist.
17 ist eine bruchstückhafte Perspektivansicht der ringförmigen Antenne und des Transponders in einem Zwischenstadium des Montagevorgangs.
18 ist eine bruchstückhafte Perspektivansicht der ringförmigen Antenne und des Transponders zu Abschluss des Montagevorgangs.
19 ist eine alternative Ausführung der zusammengebauten ringförmigen Antenne und des Transponders.
20 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Zusammenbau der ringförmigen Vorrichtung illustriert.
Definitionen

"Axial" bedeutet diejenigen Linien oder Richtungen, die parallel zur Rotationsachse des Reifens verlaufen.
"Wulst" oder "Wulstkern" bedeutet im allgemeinen denjenigen Teil des Reifens, der ein ringförmiges Zugelement aus radial inneren Wülsten umfasst, die dem Festhalten des Reifens an der Felge zugeordnet sind; wobei die Wülste durch Lagenkorde umwickelt und geformt sind, mit oder ohne andere Verstärkungselemente.
"Umfangsgerichtet" oder "in Umfangsrichtung" bedeutet meistens kreisförmige Linien oder Richtungen, die sich entlang dem Außenumfang der Oberfläche der ringförmigen Lauffläche senkrecht zu den axialen Richtungen erstrecken; es kann auch auf die Richtung der Sätze benachbarter kreisförmiger Kurven verweisen, deren Radien die axiale Krümmung der Lauffläche definieren, gesehen im Querschnitt.
"Innere" bedeutet zur Innenseite des Reifens hin und "äußere" bedeutet zu seiner Außenseite hin.
"Seitlich" bedeutet in einer Richtung parallel zur axialen Richtung.
"Radial" bedeutet Richtungen radial hin zu oder weg von der Rotationsachse des Reifens.
"Schulter" bedeutet den oberen Teil der Seitenwand direkt unter dem Laufflächenrand.
"Seitenwand" bedeutet denjenigen Teil des Reifens zwischen der Lauffläche und dem Wulst.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Wie hierin verwendet, ist ein "Transponder" eine elektronische Vorrichtung (Gerät), die in der Lage ist, einen Zustand, wie etwa den Luftdruck in einem Luftreifen, zu überwachen und diese Information dann zu einem externen Gerät zu übertragen. Das externe Gerät kann entweder ein HF(Hochfrequenz)-Leser/Abfrager oder einfach ein HF-Empfänger sein. Ein einfacher Empfänger kann verwendet werden, wenn der Transponder "aktiv" ist und seine eigene Energiequelle hat. Ein Leser/Abfrager würde verwendet, wenn der Transponder "passiv" ist und von einem HF-Signal von dem Leser/Abfrager mit Energie versorgt wird. In beiden Fällen bildet der Transponder, im Zusammenwirken mit dem externen Gerät, eine Komponente eines Gesamt-Reifenzustandsüberwachungs- bzw. Warnsystems. Ein aus einem Material mit hoher elektromagnetischer Permeabilität zusammengesetzter kreisringförmiger Körper ist durch eine Wicklung an den Transponder gekoppelt. In konventionellen Systemen ist die Antenne mittels einer Primärwicklung an den kreisringförmigen Körper gekoppelt und ist der Transponder mittels einer Sekundärwicklung an den kreisringförmigen Körper gekoppelt. Wie nachstehend erläutert, wird die Primärwicklung in Übereinstimmung mit der Praxis der vorliegenden Erfindung eliminiert. Die "sekundäre" Wicklung, die einen Transponder an den kreisringförmigen Körper koppelt, wird daher hierin nur als die "Wicklung" bezeichnet. Zum Zweck der vorliegenden Offenbarung und der Erfindung ist das ringförmige System nicht transponderspezifisch. Das heißt, eine breite Spanne üblicherweise erhältlicher Transponder, Sensoren und zugehöriger Elektronik kann bei der vorliegenden Erfindung als Paket gebildet und genutzt werden.
Wie hierin verwendet, ist ein "Torus" ein aus einem Material mit einer hohen elektromagnetischen Permeabilität durch eine kontinuierliche gekrümmte Oberfläche gebildeter Körper und umfasst eine zentrale durchgehende Bohrung. Der kreisringförmige Körper kann zylindrisch, länglich, symmetrisch oder asymmetrisch sein, ohne von der hierin erläuterten Erfindung abzuweichen. Wie hierin verwendet, beinhaltet ein "kreisringförmiger Körper" somit einen Transformator mit einer oder mehr Wicklungen.
Um HF-Signale zu senden, muss ein Transponder eine Antenne haben. Die Antenne ist in der vorliegenden Erfindung von ringförmiger Konfiguration und kann entweder während der Fertigung in den Reifen eingebaut oder mittels eines nach der Fertigung stattfindenden Vorgangs an dem Reifen befestigt werden. Wie hierin verwendet, kann eine "ringförmige Antenne" kreisförmig, länglich, symmetrisch oder asymmetrisch sein, ohne von den vorliegenden erfinderischen Prinzipien abzuweichen. Die bevorzugte Konfiguration der Antenne ist jedoch kreisförmig und so dimensioniert, dass sie den Reifenseitenwandbereich überlappt, an dem sie befestigt ist. Die Antenne kann einen Einzeldraht oder eine Vielzahl von Litzen umfassen. Verschiedene kommerziell erhältliche Transponder, Sensoren und andere in Kombination mit einer aus konventionellen leitfähigen Materialien geformten ringförmigen Antenne eingesetzte Geräte sind in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Anwendung geeignet.
Akzeptable Materialien für den Antennendraht beinhalten Stahl, Aluminium, Kupfer oder anderen elektrisch leitenden Draht. Wie in diesem Patentdokument offenbart, wird der Drahtdurchmesser allgemein nicht als kritisch für den Betrieb als eine Antenne für einen Transponder betrachtet. Zwecks Haltbarkeit wird aus Mehrfachlitzen aus feinem Draht bestehender Stahl-Litzendraht bevorzugt. Andere erhältliche Drahtoptionen umfassen Bandkabel, flexible Schaltkreise, leitfähige Folie, leitfähigen Gummi, usw.
Anfänglich bezugnehmend auf 1 ist eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Reifen 12 entfaltet dargestellt. Der Reifen 12 ist aus konventionellen Materialien, wie etwa Kautschuk oder Kautschukverbundwerkstoffen, durch konventionelle Mittel gebildet und kann eine Radial- oder Diagonalkonfiguration aufweisen. Ein typischer Reifen 12 ist mit einer Lauffläche 14, einer Schulter 16, einer ringförmigen Seitenwand 18 und einem abschließenden Wulst 20 konfiguriert. Eine Innenisolierung 22 ist geformt und definiert einen Reifenhohlraum 24. Der Reifen 12 ist für einen montierten Standort an einer ringförmigen Felge 26 mit einem peripheren Felgenflansch und einer äußeren Felgenflanschfläche 30 beabsichtigt. Die Felge 26 ist konventionell konfiguriert und aus einem geeignet starken Metall, wie etwa Stahl, zusammengesetzt.
Eine ringförmige Antenne 32 ist vorgesehen und verkörpert in der bevorzugten Ausführung eine sinusförmige Konfiguration. Die Antenne 32 kann alternativ zu alternativen Mustern konfiguriert sein oder einen bzw. mehrere gerade Drähte umfassen, falls gewünscht, und kann Filamentdraht oder Kord oder Litzendraht sein. Akzeptable Materialien für den Draht umfassen Stahl, Aluminium, Kupfer oder anderen elektrisch leitenden Draht. Wie zuvor erwähnt, wird der Drahtdurchmesser allgemein nicht als kritisch für den Betrieb als Antenne betrachtet und werden Mehrfachlitzen aus feinem Draht bevorzugt. Die krummlinige Form der Antenne 32 sorgt für Flexibilität und minimiert das nachstehend erläuterte Risiko von Bruch während Fertigung und Anwendung.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist ein Transpondermodul 34 des oben beschriebenen allgemeinen Typs vorgesehen und kann Mittel zum Abtasten von Reifenparametern, wie etwa Druck und Temperatur, umfassen. Als Teil der Vorrichtung 10 enthalten ist ein zu der gezeigten ringförmigen Konfiguration geformter Trägerstreifen aus Material 36. Der Trägerstreifen 36 ist aus elektrisch isolierendem, bevorzugt halbstarrem Elastomermaterial, das in der Industrie üblich ist, wie etwa Gummi oder Kunststoff, geformt. Der Streifen 36 ist so geformt, dass er den bzw. die Antennendrähte 32 und zumindest einen Teil des Transpondermoduls 34 auf die nachstehend beschriebene Weise im Wesentlichen einkapselt. Im Zustand nach Fertigung umfasst die Vorrichtung 10 daher die Antenne 32, das Transpondermodul 34 und den Trägerstreifen 36 in einer unitären, im allgemeinen kreisförmigen, halbstarren Baugruppe, die leicht transportierbar und handhabbar für die Befestigung am Reifen 12 ist. Der Durchmesser der Vorrichtungsbaugruppe 10 ist eine Funktion der Größe des Reifens 12 und des bevorzugten Befestigungsstandorts daran.
2 illustriert einen bevorzugten Standort für die ringförmige Vorrichtung 10 an einem Reifen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Reifen 12 ist auf konventionelle weise an einer Felge 26 montiert. Der Wulst 20 des Reifens 12 ist innerhalb der Felge 26 gegen den Flansch 28 angeordnet. Die obere Fläche 30 des Flanschs 28 befindet sich über einer Unterkante des Reifenwulsts 20. Wie gewürdigt werden wird, schirmt der Flansch 28 den unteren Teil des Reifens 12, der den Wulst 20 umfasst, ab und definiert einen "HF-INTERFERENZ"-Bereich 38 des Reifens. Ein Bereich 40 des Reifens 12 über dem Bereich 38 an der Seitenwand 18 ist weiter als ein Bereich "HOHER VERFORMUNGSAMPLITUDE" definiert. Da die Seitenwand 18 sich während des Betriebs des Reifens an einem Fahrzeug durchbiegt, erfährt der Bereich 40 ein hohes Verformungsniveau. Der am Laufflächenbereich des Reifens befindliche Bereich 42 wird zu Zwecken der Erläuterung als ein "KOMPRESSIONSVERFORMUNGS"-Bereich bezeichnet. An diesem Bereich 42 erfährt der Reifen 12 ein hohes Niveau an Kompressionsverformung, wenn der Reifen in Gebrauch ist.
In kombiniertem Bezug auf die 1 und 2 wird die Vorrichtung 10 entweder während der Fertigung des Reifens oder, wie vorzuziehen ist, in einem nach der Fertigung stattfindenden Montagevorgang an der Innenisolierung 22 des Reifens 12 befestigt. Die Befestigung kann mittels eines Klebstoffs stattfinden, oder die Vorrichtung kann während der Fertigung in den Reifen selbst eingebettet werden. In der Industrie üblicherweise für Reifenflicken und -Reparatur genutzte Klebstoffe können eingesetzt werden. Die Stelle an dem Reifen, an der die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt wird, ist der Bereich 44 in 2, welcher sich zwischen dem HF-INTERFERENZ-Bereich 38 und dem HOHE VERFORMUNGSAMPLITUDE-Bereich 40 befindet. Es ist anzuerkennen, dass der Bereich 38 von einer mechanischen Perspektive aus gesehen zu billigen wäre, da der Reifenbereich 38 relativ starr ist, durch den Felgenflansch 28 geschützt, und während des Betriebs des Reifens ein relativ niedriges Verformungsniveau erfährt. Von einer elektrischen Perspektive aus gesehen ist der Bereich 38 des Reifens 12, abgeschirmt durch den Felgenflansch 28, schlecht geeignet als Standort für den Transponder 34.
Anordnen der Vorrichtung 10 innerhalb des Bereichs 40 der Reifenseitenwand 18 ist eine Option. Ein solcher Standort würde die von der Felge verursachte HF-Interferenz vermeiden. Die Reifenseitenwand 18 erfährt jedoch während des Betriebs des Reifens hohe Verformungsniveaus. Eine sich daraus ergebende Beschädigung oder Bruch von an der Seitenwand befestigten Komponenten könnte auftreten. Gleichermaßen würde das Anordnen der Vorrichtung 10 am Laufflächenbereich 42 des Reifens 12 die HF-Interferenz von der Felge vermeiden, jedoch erfährt der Laufflächenbereich während des Betriebs des Reifens eine hohe Kompressionsverformung. Das Anordnen von Reifenüberwachungssystemgeräten an einem solchen Standort wäre daher von einer mechanischen Perspektive aus unerwünscht.
Demzufolge wird die Vorrichtung 10 erfindungsgemäß vorzugsweise innerhalb des Bereichs 44 des Reifens 12 angeordnet. Der Bereich 44 ist allgemein ein ringförmiger Bereich, der sich im Wesentlichen zwischen 10 und 30 Millimetern über der oberen Oberfläche 30 des Felgenflanschs 28 befindet, wenn der Reifen 12 an der Felge 26 montiert ist. Innerhalb des Bereichs 44 ist die Vorrichtung frei von HF-Interferenz von dem Flansch 28 der Felge 26. Der Bereich 44 ist weiter ein Bereich des Reifens 12 mit relativ niedriger Verformungsamplitude. Somit stellt der Bereich 44 des Reifens 12 einen optimalen Standort für die Vorrichtung 10 dar, die den Bedarf an minimaler HF-Interferenz von der Felge ausbalanciert, während er mechanisch die Vorrichtung 10 vor Beschädigung aufgrund von in den Reifen während dessen Betriebs eingebrachten Verformungskräften schützt.
3 illustriert eine alternative Ausführung der vorliegenden Vorrichtung 10, wobei der Trägerstreifen 36 eliminiert ist und die Antenne 32 und der Transponder 34 während der Fertigung des Reifens 12 direkt in diesen eingebettet werden. Der Standort der Antenne 32 ist wiederum innerhalb des im vorangehenden Abschnitt als optimal beschriebenen Bereichs 44; das heißt, annähernd 10–30 Millimeter über der Felgenflanschfläche 30, wenn der Reifen 12 an der Felge 26 montiert ist. Das Befestigen der Vorrichtung 10 im Reifen 12 während seiner Fertigung ist der Erfindung zufolge möglich, wird jedoch nicht bevorzugt, da eine solche Vorgehensweise notwendigerweise den Transponder 34 und die Antenne potentiell beschädigenden Kräften aussetzen würde, wenn der Reifen geformt wird. Auch macht das Implantieren einer ungeschützten ringförmigen Antenne 32 und eines Transducers 34 den Ersatz und die Reparatur der Baugruppe im Fall von Beschädigung oder Bruch problematisch. Folglich ist es vorzuziehen, die Vorrichtung 10 in einem nach der Fertigung stattfindenden Vorgang durch Klebstoffe oder dergleichen an dem Reifen 12 zu befestigen. Die Vorteile der nach der Fertigung stattfindenden Montage sind, dass der Vorrichtung 10 der Stress des Reifenfertigungsvorgangs erspart wird und die Vorrichtung 10 im Fall von Bruch leicht entfernt und ersetzt werden kann. Außerdem kann die in 1 gezeigte einstückige Vorrichtung 10 leicht mittels Klebstoff an vorgefertigten oder gebrauchten Reifen nachgerüstet werden. Schließlich ist die ringförmige Vorrichtung eine einstückige Baugruppe und kann auf bequeme Weise in einer Spanne von Durchmessergrößen inventarisiert werden, um an verschieden dimensionierte vorgefertigte Reifen zu passen.
4 zeigt den Transponder 34 an seinem bevorzugten Standort an einem Reifen 14 angeordnet und zum Reifenhohlraum 24 hin freiliegend. Der Transponder kann Druck- und Temperatursensoren zum Überwachen des Status des Hohlraums 24 umfassen und solche Information zu einem entfernt aufgestellten Transceiver 48 übertragen, der am Fahrzeugrahmen montiert ist. Der Transceiver 48 ist gegenüber der Antenne der Vorrichtung 10 positioniert und steht mit dieser während der gesamten 360 Grad-Umdrehung des Reifens 14 in ständiger Kommunikation. Der Transceiver 48 ist von einem in der Industrie kommerziell erhältlichen Typ und ist elektrisch durch die Leitung 50 an konventionelle Logik-, verarbeitungs- und Anzeigeelektronikbauteile des Fahrzeugs (nicht dargestellt) angeschlossen. Wie vorangehend beschrieben, befindet sich die Position des Transpondermoduls 34 über dem Felgenflansch 28, sodass die HF-Kommunikation zwischen dem Transponder und dem Transceiver 48 nicht behindert wird.
Unter kollektiver Bezugnahme auf die 5–12 wird die Konfiguration der ringförmigen Vorrichtung 10 detaillierter beschrieben werden. Das Transpondermodul umfasst allgemein ein Basisgehäuse 52, das mittels konventioneller Mittel aus Gummi- oder Kunststoffmaterial geformt ist. Das Gehäuse 52 umfasst gegenüberliegende Seitenwände 54, 56, die entlang einer mit einem Radius versehenen Unterseite 55 an gegenüberliegende vertikale Endwände 58, 60 anschließen. Die Wände 54, 55, 56, 58 und 60 definieren ein zentrales Fach 62. Eine durchgehende Bohrung 64 erstreckt sich durch den unteren Teil der Endwände 58, 60 in Kommunikation mit dem Fach 62.
Das Gehäuse 52 umfasst weiterhin ein gleichermaßen mittels konventioneller Mittel, wie etwa Spritzgießen, aus konventionellem Gummi- oder Kunststoffmaterial geformtes Deckelelement 68. Das Deckelelement 58 umfasst einen oberen Vorsprung oder "Tülle" 70, welche vertikale Seitenwände 72 umfasst, die an einer horizontalen oberen Fläche 74 enden. Ein Sensorzugang oder Öffnung 76 ist an der Mitte der Fläche 74 positioniert und erstreckt sich durch diese. Ein Flansch 78 definiert peripher eine untere Grenze des Deckels 68 und verschafft eine horizontale Simsfläche 80, die im rechten Winkel in die vertikalen Seitenwände 72 übergeht. Der Flansch 78 ist so dimensioniert, dass er auf dem oberen Ende des Modulbasisgehäuses 52 aufliegt, wie gewürdigt werden wird. Die horizontale Simsfläche 80 des Deckels 68 ist zwischen dem Flansch 78 und den vertikalen Seitenwänden 72 angeordnet. Obere Seitenwandteile 81 sind angebracht, die sich einwärts zur oberen Fläche 74 hin verjüngen. Das verjüngte Profil des Deckels 68 erleichtert die bequeme und zuverlässige Fertigung der Vorrichtung 10.
In der illustrierten Ausführung umfasst das Transpondermodul 34 weiter einen kreisringförmigen Körper (Torus) 82, der aus einem Material, wie etwa einem Ferrit, mit einer hohen elektromagnetischen Permeabilität zusammengesetzt ist. Der Körper 82 umfasst im allgemeinen einen Zylinder mit einer elliptischen Querschnittskonfiguration. Die elliptische Schnittkonfiguration des Körpers 82 dient zur Verringerung seiner vertikalen Dimension und gestattet ein kompakteres Verpacken des Körpers 82 innerhalb eines Transpondermoduls. Der Körper 82 umfasst eine Wicklung 84, wie gezeigt, angeschlossen an Leiterleitungen 86. Eine zentrale durchgehende Bohrung 88 ragt in einer axialen oder längsgerichteten Richtung durch den Körper 82.
Weiterhin ist ein schützendes Muffenelement 90 vorgesehen, das zu Aufnahme und Verbleib mit der Bohrung 88 des Körpers 82 dimensioniert ist. Die Muffe 90 umfasst allgemein einen langgestreckten Zylinder mit einem elliptischen Querschnitt. Die Muffe 90 umfasst weiter eine umfangsgerichtete Seitenwand 92 und eine axiale oder längsgerichtete durchgehende Bohrung 94. Die Bohrung 94 ist in Bezug zur Längsachse der Muffe 90 versetzt, um eine Wand 95 mit erhöhter Dicke an einer nach außen gerichteten Seite der Muffe 90 zu bilden. Ein auswärts offener längsgerichteter Kanal 96 ist innerhalb der Wand 95 gebildet, wie dargestellt. Die Muffe 90 wird innerhalb der Bohrung 88 des Körpers 82 eng anschließend aufgenommen und die Wicklung 84 wird innerhalb des Kanals 96 der Muffe 90 aufgenommen.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 5–12 ist eine Leiterplatte 98 in dem zentralen Fach 62 des Transponderbasisgehäuses 52 montiert. Die Leiterplatte 98 ist typischerweise zum Umfassen eines an einer oberen Fläche 102 montierten Elektronikpakets 100 konfiguriert und kann ein an einer Unterseite 104 montiertes Elektronikpaket 106 beinhalten. Die Elektronikpakete 100, 106 sind generisch in den 5–12 abgebildet und beinhalten die zur Durchführung der Reifenhohlraum-Überwachungsaktivität erforderlichen Transpondersensoren, Logik- und HF-Übertragungssysteme.
Die vorliegende Erfindung ist nicht transpondergestaltungsspezifisch, und jedes beliebige von mehreren konventionellen Transpondersystemen kann genutzt und an einer oder beiden Oberflächen 100, 104 der Leiterplatte 98 montiert werden. Die Platte 98 beinhaltet weiter in einer Plattenseite hergestellte Leitungsaufnahmekanäle 108.
Der Zusammenbau des Transpondermoduls geht allgemein vonstatten wie folgt. Die Muffe 90 wird in die durchgehende Bohrung 88 des kreisringförmigen Körpers 82 eingebracht, welcher dann in die Kammer 62 der Gehäusebasis 52 eingebracht wird. Innerhalb der Kammer 62 angeordnet, richten sich die durchgehende Bohrung 94 der Muffe 90 und die Bohrung 99 des Körpers 82 koaxial zu der durchgehenden Gehäusebohrung 64 aus. Die Wicklung 84 des Körpers 82 wird im Kanal 96 der Muffe 90 aufgenommen und Leitungen 86 werden nach oben geführt. Die Anzahl von Windungen in der Wicklung 84 ist zur Impedanzanpassung der Transponderelektronik auf konventionelle Weise entworfen. Die Platte 98 wird horizontal in der bevorzugten Ausführung innerhalb des Gehäuses 52 über der Muffe 90 und dem Durchgang des kreisringförmigen Körpers 82 montiert. Leitungen 86 von der Wicklung 84 werden in die Kanäle 108 geführt und elektrisch mit den Elektronikbauteilen 100, 106 auf der Leiterplatte 98 verbunden. Der Umfangsflansch 78 des Deckelelements 68 wird danach auf der oberen Fläche 66 des Gehäuses 52 positioniert und die Verbindungsstelle wird durch Anbringen eines geeigneten Klebstoffs versiegelt.
Im zusammengebauten Zustand ist das Transpondermodul 34 wie in 7 gezeigt. Das Transpondermodulgehäuse, die Innenmontage und die Komponentenorientierung können gegebenenfalls in der Praxis der Erfindung variiert werden. Das Transpondermodul 34 umfasst somit eine versiegelte, in sich abgeschlossene Einheit, die eine Leiterplatte und Transponderelektronik zur Überwachung von Parametern eines Reifenhohlraums, wie etwa Druck und Temperatur, beinhaltet. Die Elektronik des Transpondermoduls 34 kann weiter Reifenidentifikationsinformation enthalten. Der kreisringförmige Körper 82 ist mittels der Wicklung 84 elektromagnetisch und mechanisch an das Transponderpaket 24 gekoppelt. Alternativ kann der Körper 82 eliminiert und die Antenne 32 elektrisch direkt an den Transponder gekoppelt werden. Die sich ergebende ringförmige Baugruppe würde gleichermaßen in dem vorangehend beschriebenen optimalen Standort in einem Reifen positioniert. Eine weitere Alternative wäre das Koppeln der Antenne 32 an den Transponder durch einen Transformator konventioneller Konfiguration mit Primär- und Sekundärwicklungen.
Die Antenne 32 wird durch das Transpondermodul 34 geführt, wie am besten in 5 ersichtlich, und umfasst einen ununterbrochenen Ring. Die Antenne 32 in der bevorzugten Ausführung ist zu einer sinusförmigen Konfiguration geformt, wobei die Sinusform dazu dient, für eine Antennenverlängerungsfähigkeit zu sorgen, womit in dem Reifen aufgrund seines Betriebs auftretenden Verformungskräften entgegengewirkt werden kann. Die Antenne 32 ragt auf kontaktlose Weise durch die Bohrung 94 der Muffe 90, die Bohrung 88 von Körper 82, und die durchgehende Bohrung 64 des Gehäuses 52. Die Antenne 32 ist somit mechanisch von dem Transpondermodul 34 abgekoppelt. Es ist anzumerken, dass der kreisringförmige Körper 82 als ein Transformator wirkt, worin die Primärwicklung eliminiert ist. Der Antennenring 32 wird direkt durch die durchgehende Bohrung 88 des Torus 82 geführt und koppelt magnetisch mit dem Körper, in Abwesenheit einer Primärwicklung. Das elektrische Koppeln geschieht zwischen dem Ring 32 und dem kreisringförmigen Körper 82, und daher in die Wicklung 84 hinein, da die in der Ringantenne 32 von dem Magnetfeld des Transceivers 48 erzeugte Spannung eine Magnetkraft in Nähe des Rings erzeugt. Das Magnetfeld wird direkt in den kreisringförmigen Körper 92 induziert, welcher den bzw. die Antennenringdrähte (32) eng umgibt.
Eine solche Kopplung, hierin als direkte magnetische Kopplung (DMC) bezeichnet, bietet mehrere deutliche Vorteile. Die DMC-Herangehensweise gestattet es dem Antennenring, ohne mechanische Verbindung durch das Transponderpaket zu verlaufen und eliminiert daher die Probleme bei der Herstellung und Aufrechterhaltung einer Verbindung zwischen dem Ringdraht und dem zuvor besprochenen Transponderpaket. Das Windungsverhältnis der Wicklung 84 kann variiert sein, um eine optimale Impedanzanpassung zu gestatten. Zweitens verschafft die DMC-Technik eine hochenergetische Kopplung. Weiterhin wird der Vorgang des Befestigens des Antennenrings an einem Transponder vereinfacht, wodurch die Fernkopplung zwischen Drahtbündeln oder Kabeln und Transponder im Wesentlichen weniger schwierig wird. Außerdem wird die magnetische Kopplung zwischen ringförmiger Antenne und Transponder unter Verwendung der DMC-Technik in einer kontinuierlichen 360 Grad-Ablesung gehalten und werden tote Zonen im Abfragegebiet vermieden.
Wie zuvor erörtert, kann die Baugruppe von 5 während der Fertigung eines Reifens in diesen eingebettet werden, was zu der in 3 dargestellten Reifenbaugruppe führt, obwohl es nicht zu bevorzugen ist, dies zu tun. Die Integration der ringförmigen Vorrichtung während des Reifenbaus erlegt den Reifenwächterkomponenten eine beträchtliche Verformung auf und kann zu Komponentenbruch führen. In einem Zustand nach Aushärtung kann das Entfernen einer ringförmigen Baugruppe oder jeder Komponente darin schwierig oder unmöglich sein. Folglich wird bevorzugt, dass die vorliegende ringförmige Baugruppe in einem nach dem Reifenbau stattfindenden Vorgang an einem Reifen befestigt wird.
Um dies zu tun, werden die Antenne 32 und Transpondermodul-Unterbaugruppe zuerst in einen in den 1 und 6 dargestellten starren oder halbstarren Trägerstreifen 36 eingebettet. Der Streifen 36 ist aus einem nichtleitenden Kapselmaterial, wie etwa Gummi oder Kunststoff, geformt, und es ergibt sich eine ringförmige Baugruppe, die einstückig ist und leicht transportiert, gelagert und gehandhabt werden kann. Die Erzeugung einer einstückigen Kombination von Antenne, Transponder und Trägerstreifen erleichtert die Leichtigkeit der Einarbeitung der ringförmigen Baugruppe in einem nach dem Bau stattfindenden Vorgang in einen Reifen. Die Baugruppe ist an einem Standort innerhalb des vorangehend erörterten optimalen Bereichs 44 gegen die Innenisolierung 22 positioniert. Der Streifen 36 wird durch Anwendung üblicherweise erhältlicher Klebstoffe an den Reifen angeheftet. Sollte das Antennentranspondermodul im Transit zerbrechen oder versagen, so kann die Baugruppe 10 ohne Beschädigung des Reifens entfernt und ersetzt werden. Außerdem dient das Kapselmaterial weiter zum Halten der Antenne und des kreisringförmigen Körpers in ihrer beabsichtigten gegenseitigen Orientierung.
Zur Erleichterung der flotten Einarbeitung des Transpondermoduls 34 in den Trägerstreifen 36 sind das Gehäuse des Transponders 34, das den Deckel 68 und das Basisgehäuse 52 umfasst, von einer einzigartigen abgestuften und verjüngten Konfiguration. Der Deckel umfasst die verjüngte Tülle 70 an einem oberen Ende, definiert durch sich einwärts verjüngende Flächen 81. Der Deckel 68 bildet eine auswärts gerichtete Stufe an dem unteren Umfangsrandflansch 78. Wie am besten in den 7 und 11 ersichtlich, wird die Gehäusetülle 70 in einem Hohlraum 112 in einem Formenblock 110 aufgenommen. Das verjüngte Profil macht das Transpondergehäuse selbstregistrierend und zentriert das Gehäuse in dem Hohlraum 112 vor dem Einbringen des Trägerstreifenmaterials. In der zentrierten Position schlagen die Seitenwände 114 des Formenblocks 110 dicht gegen die Deckelflächen 72 an, und die unteren Flächen 115 des Blocks 110 schlagen an die obere Fläche 80 des Deckelflanschs 78 an, um die Tülle 70 des Deckels 68 in dem Formenhohlraum 112 zu isolieren und zu schützen. Eine untere Hälfte des Formenblocks (in 11 nicht dargestellt) schließt sich gegen die unteren Flächen 115 des Blocks 110 an, und Material zum Formen des Trägerstreifens 36 wird in den Formenhohlraum eingebracht. Der versiegelnde Anschlag zwischen den Formenblockflächen 114, 115 und den Deckelflächen 72, 80 verhindern das Eintreten des Trägermaterials in den Hohlraum 112 und darauf das Eindringen in die Transponderöffnung 76. Es ist anzumerken, dass den Trägerstreifen 36 bildendes Material bis zur Fläche 80 des Flanschs 78 eingefüllt wird, wodurch es die Antenne 32 vollständig einkapselt und die Basis 52 des Transpondermoduls 34 teilweise einkapselt.
Die Formenhälften werden getrennt und der ringförmige Trägerstreifen mit integral festgehaltener Antenne und Transponderpaket werden aus der Form entfernt. Die vorliegende ringförmige Antenne wird danach auf die vorangehend beschriebene und in den 1 und 6 dargestellte Weise an der Innenisolierung 22 des Reifens 12 befestigt. Das Transpondermodul 34 kann flach gegen den Trägerstreifen orientiert sein, wie in 3 dargestellt, oder auf der Kante orientiert sein, wie in Strichlinie bei 34' dargestellt. Welche Orientierung auch immer angewendet wird, das Streifenmaterial 36 dient dazu, Transponder und Antenne in einer bevorzugten optimalen gegenseitigen Orientierung und das Transpondermodul 34 in einer optimalen Orientierung in Bezug zu dem Reifenhohlraum zu halten. Die Öffnung 76 in der oberen Fläche 74 des Deckels 68 liegt frei von dem Trägerstreifen 36 zum Reifenhohlraum 24 hin frei. Dadurch wird die direkte Kommunikation zwischen dem Reifenhohlraum 24 und an der Leiterplatte 98 montierten Sensoren durch die Öffnung 76 erleichtert. Die abgestufte und verjüngte Konfiguration des Transpondermoduls 34 wird bevorzugt, um das Modul selbstzentrierend in der Form zu machen und das Erstellen einer Versiegelung zwischen der Form und Außenflächen des Transpondermoduls zu gestatten. Der zwischen der Simsfläche 80 und der vertikalen Fläche, den Seitenwänden 72 des Deckels 68 und den nach innen gewandten Flächen der Formenseitenwände 114 gebildete Pfad lenkt den Fluß von Trägermaterial in den Hohlraum 112 ab. Wäre der Materialfluss nicht gehemmt, so könnte das Material in den Hohlraum 112 eintreten und durch die Öffnung 76 zur Leiterplatte 98 vordringen. Somit sind die auf der Leiterplatte 98 montierte Elektronik und Sensoren während des Vorgangs des Anformens des Trägerstreifens 34 um die Transpondermodulbasis 52 durch die abgestufte Konfiguration des Transpondergehäuses geschützt.
14 bildet ein alternativ konfiguriertes Transpondermodul 116 mit einem pyramidenförmigen Deckel 118 und einer Basis 120 ab. Das Basisgehäuse 120 verschafft eine durchgehende Bohrung 124 auf eine gleichartige Weise zu der vorangehend beschriebenen bevorzugten Ausführung. Die Seiten des Deckels 118 verjüngen sich einwärts zur oberen Fläche 128, die eine zentrale Zugangsöffnung 126 aufweist. Es ist beabsichtigt, dass andere Variationen der Konfiguration des Transpondermodulgehäuses, die von den hierin ausgeführten Lehren Gebrauch machen, sich innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung befinden.
Aus dem Vorangehenden wird gewürdigt werden, dass die vorliegende Erfindung die Mängel in bekannten Systemen und Verfahren zum Koppeln einer ringförmigen Antenne an ein elektrisches Gerät, wie etwa einen Transponder, überwindet. Der Erfindung zufolge wird ein kreisringförmiger Körper mit einer hohen elektromagnetischen Permeabilität durch eine Wicklung mit variabler Windung an die Transpondervorrichtung gekoppelt. Ein Antennenring wird direkt durch die Mittelöffnung in dem Torus geführt und koppelt magnetisch direkt mit dem kreisringförmigen Körper, ohne von einer Wicklung oder mechanischen Verbindung Gebrauch zu machen. Eine hohe magnetische Kopplung findet zwischen dem Antennenring und dem Torus statt, und daher in die Wicklung zu dem Transducer, aufgrund der von dem Transceiver in der Ringantenne induzierten Spannung. Die Eliminierung einer mechanischen Verbindung zwischen der Antenne und dem Transponder vermeidet die Probleme bei der Herstellung und Aufrechterhaltung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Antennenringdraht und dem Transponderpaket. Hierdurch wird eine hochenergetische Kopplung mit minimalem Bruchrisiko erzielt. Außerdem kann die ringförmige Baugruppe zufolge einem anderen Aspekt der Erfindung an einer Stelle an dem Reifen befestigt sein, die für ein niedriges Ausgesetztsein gegenüber Verformung und eine niedrige Verletzlichkeit gegenüber elektromagnetischem Einfluss von der Metall-Radfelge sorgt. In der bevorzugten Ausführung sind die Antenne und der Transponder zumindest teilweise in einen nichtleitenden Trägerstreifen eingebettet, um eine Ringbaugruppe zu bilden, um das Antennen- und Transponderpaket einstückig transportierbar zu machen. Der Trägerstreifen wirkt weiter so, dass er die Integrität des Antennenrings und der Transponderkomponenten schützt. Eine solche Baugruppe kann während des Reifenfertigungsvorgangs in einen Reifen integriert werden, wird jedoch vorzugsweise in einem nach der Fertigung stattfindenden Befestigungsvorgang mittels Klebstoffen oder anderer bekannter Verfahren an dem Reifen befestigt. Der Trägerstreifen schützt die Integrität des darin eingekapselten Antennendrahts und Transponders; erzeugt eine einstückige Baugruppe, die auf bequeme Weise transportiert, inventarisiert und entfaltet werden kann, um bestehende Reifen mit einem Überwachungssystem nachzurüsten oder um defekte Komponenten zu ersetzen, falls dies nötig sein sollte; hält die Antenne in einem optimalen Verhältnis zu dem kreisringförmigen Transponderkörper, durch den sie sich erstreckt; und dient zur Erleichterung einer optimalen Orientierung des Transponders zu dem Reifenhohlraum.
Bezugnehmend auf die 16 bis einschließlich 20, wird das Verfahren zum Zusammenbau der vorliegenden ringförmigen Vorrichtung aus dem Nachfolgenden verständlich. 16 zeigt einen Teil der ringförmigen Antenne 130 mit einem Überzug 132 von Kautschukmaterial, der den Draht 134 umgibt. Der Draht 134 ist durch in der Technik bekannte Extrusionstechniken in der Kautschukbeschichtung 132 eingekapselt. Die beschichtete Antenne 130 kann auf bequeme Weise, wie etwa auf einer Spule (nicht dargestellt), gelagert werden. Beim Zusammenbau der vorliegenden ringförmigen Vorrichtung kann eine geeignete Länge des Antennendrahts 130 von der Rolle abgezogen und abgetrennt werden. Der Draht 134 kann wellenförmig oder krummlinig sein (wie in der bevorzugten Ausführung gezeigt) oder kann linear oder in alternativen geometrischen Formen vorliegen, falls gewünscht.
Im nächsten Stadium des Vormontagevorgangs, wie in den 16 und 17 ersichtlich, wird der Gummiüberzug 132 von den Enden 136, 138 des Drahts 134 gestrippt. Das eine gestrippte Ende 138 ist länger als das gegenüberliegende Ende 134. Die Länge der gestrippten Enden 138 und 134 wird von der Breitenabmessung des Transponders abhängen. Beispielsweise kann das längere gestrippte Ende 138 in der Größenordnung von 2,25 Zoll und das kürzere gestrippte Ende in der Größenordnung von 0,75 Zoll liegen. Die distalen Enden der gestrippten Enden 134, 138 werden danach in Vorbereitung einer Spleißung getrimmt. Das längere gestrippte Drahtende 138 wird auf die vorangehend gelehrte Weise durch den Transponder 140 geführt und dann mittels eines Spleißvorgangs wieder mit dem kürzeren Ende 136 vereint. Alternative Verfahren zum miteinander Verspleißen der Enden 136, 138 sind in der Technik bekannt. Beispielsweise können solche alternativen Mittel Schweißen (Ultraschall- oder anderweitig) oder Crimpen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Ein Spleißverbinder 142 eines kommerziell erhältlichen Typs ist in 17 zum miteinander Verbinden der Drahtenden 136, 138 gezeigt. Die getrimmten Enden des Antennendrahts werden in Crimphülsen eingeführt, die anschließend gecrimpt werden, um eine ausreichend starke mechanische und elektrische Spleißstelle zu bilden. Dadurch wird ein ununterbrochener Endlos-Antennenring gebildet, dessen gestripptes Teil des Endes 138 sich durch den Transponder 140 erstreckt, in einem direkt magnetisch gekoppelten, jedoch mechanisch entkoppelten Verhältnis dazu, wie vorangehend hierin gelehrt.
Alternativ kann eine Ultraschallschweißung eingesetzt werden, um die gestrippten Antennenenden miteinander zu verspleißen. Ausrüstung, die ausreicht, um eine solche Schweißung zu bewirken, ist in der Industrie üblich, beispielsweise von STAPLA Ultrasonics Corporation, 375 Ballardvale St., Wilmington, Massachusetts 101887, USA, hergestellte und kommerziell vertriebene Ausrüstung.
Die in 17 dargestellte teilweise zusammengebaute ringförmige Vorrichtung ist dadurch im Zustand für einen Fertigstellungsvorgang, wobei Kautschuk um das Kästchen 140 und um die gespleißten gestrippten Enden 134, 138 des Antennendrahts herum spritzgegossen wird. Die Endkonfiguration der ringförmigen Vorrichtung ist in 18 gezeigt. Der Überformbereich, der das Kästchen 140 umgibt, ist allgemein von einer pyramidenstumpfförmigen Konfiguration, mit einem planaren Boden 144 und sich nach innen verjüngenden Seitenwänden 142, die sich vom Boden 144 nach oben erstrecken. Die Bodenfläche 144 ist im allgemeinen coplanar zu der planaren Bodenfläche des Antennendrahts und verschafft somit eine glatte und flache Oberfläche, mittels derer der ringförmige Ring auf die vorangehend erläuterte Weise an die Innenisolierung eines Reifens gebondet werden kann.
Die vorliegende ringförmige Vorrichtung kann alternativ wie in 19 dargestellt konfiguriert sein, wenn gewünscht. Der Transponder 140 und der ringförmige gummiüberzogene Antennenring 148 sind abgeflacht, um ein niedrigeres Profil zu verschaffen. Wie zuvor erörtert, gestattet die wellen- oder sinusförmige Konfiguration des Antennendrahts Durchbiegung als Reaktion auf reifeninduzierte Beanspruchung und verringert voraussichtliches Brechen. Sollte eine solche Konfiguration nicht genutzt werden, wobei beispielsweise dem Antennendraht zu einer kreisförmigen, linearen Konfiguration geformt ist, so kann der den Antennendraht umgebende Gummiüberzug dünner gemacht und eine Materialersparnis verwirklicht werden.
20 fasst die vorangehend beim Zusammenbau der vorliegenden ringförmigen Vorrichtung offenbarten Schritte zusammen. Diese Schritte umfassen: Starten des Prozesses 154 durch die Extrusion und Aushärtung des Antennendrahts und Gummiüberzugs 156; Zurechtschneiden des gummiüberzogenen Antennendrahts auf geeignete Länge (wie von dem Reifen verlangt, an dem die Vorrichtung zu befestigen ist) 158; Strippen der Drahtenden 160; Führen eines gestrippten Antennenendes durch das Transponderkästchen 162; miteinander Verspleißen der Antennenenden 164; Einspritzen von Kautschuk um das Transponderkästchen und Zurückholen der gestrippten Antennenenden 166, um den Prozess zu vollenden 168. Das Montageverfahren minimiert die Anzahl von Schritten, wodurch es die Fertigungseffizienz optimiert. Weiter führt das Verfahren zu einer Endvorrichtung, die von einer äußeren Gummiverkleidung geschützt wird, um das Risiko von Bruch während des Versands, der Lagerung, des Reifenzusammenbaus und des Gebrauchseinsatzes der ringförmigen Vorrichtung an einem Fahrzeug zu minimieren.
Das isolierende Material kapselt den Antennenleiter und das Transpondergehäuse zumindest teilweise ein, wie in 18 gezeigt. Das isolierende Material ist vorzugsweise eine Gummimasse, die zumindest teilweise und vorzugsweise vorwiegend aus einem Gummimaterial zusammengesetzt ist. Das isolierende Material bzw. der Gummiüberzug 132 wird, wie oben erläutert, vor dem Spleißvorgang von den Enden des Antennenleiters 130 abgestrippt. Danach wird isolierendes Material um das Transpondergehäuse und die gestrippten gespleißten Antennenendteile eingespritzt. Während es vorzuziehen ist, dass das zweite isolierende Material dem Gummiüberzugmaterial 132 vergleichbar und im Wesentlichen von gleichartiger Zusammensetzung ist, ist dies keine Notwendigkeit für die Praxis der Erfindung. Ein alternatives Material kann zum Spritzgießen über die Spleißverbindung und das Transpondergehäuse verwendet werden, wenn dies gewünscht wird.
Zusätzlich ist anzumerken, dass der Boden des Transpondergehäuses und die Antenne 130 zu Abschluss der vorliegenden Zusammenbauvorgangs vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, in einer gemeinsamen coplanaren, oder flachen, Orientierung angeordnet sind. Der flache Boden der Ringbaugruppe gestattet ein dichtes Anliegen des Rings gegen eine Reifeninnenwand oder Innenisolierung auf die vorangehend beschriebene Weise.

Claims

Ein Verfahren zum Zusammenbau für eine ringförmige Antenne (32) und Transpondervorrichtung (34), gekennzeichnet durch die Schritte des: (a) zumindest teilweise Einbettens eines Leiters in ein erstes isolierendes Material, um eine isolierte Antenne zu erzeugen; (b) Zurechtschneidens der isolierten Antenne auf eine vorgeschriebene Länge, die sich zwischen ersten und zweiten Antennenenden erstreckt; (c) Entfernens des isolierenden Materials zurück über einen Abstand von den ersten und zweiten Enden der Antenne; (d) Durchführens des ersten Endes des Antennenleiters durch ein Transpondergehäuse; und (e) miteinander Verspleißens der ersten und zweiten Enden der Antenne.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiter den Schritt umfasst des: (f) zumindest teilweise Umgebens des Transpondergehäuses und der ersten und zweiten gespleißten Enden der Antenne mit einem zweiten isolierenden Material.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das weiter den Schritt des Formens der Antenne (32) zu einer ringförmigen Konfiguration vor dem miteinander Verspleißen der ersten und zweiten Enden der Antenne umfasst.
Ein Verfahren gemäß zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, das weiter den Schritt des Orientierens eines Bodens des Transpondergehäuses und der Antenne in einer im Wesentlichen coplanaren gegenseitigen Anordnung umfasst.
Ein Verfahren gemäß zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das erste isolierende Material von dem ersten Antennenende um einen Abstand zurück entfernt wird, der größer ist als der Abstand, um den das isolierende Material von dem zweiten Antennenende zurück entfernt wird.
Ein Verfahren zum Zusammenbau für eine ringförmige Antenne (32) und Transpondervorrichtung (34), gekennzeichnet durch die Schritte des: (a) zumindest teilweise Einbettens eines Leiters innerhalb eines ersten isolierenden Materials, das zumindest teilweise aus Kautschuk zusammengesetzt ist, um eine isolierte Antennenstruktur zu erzeugen; (b) Abschneidens einer vorgeschriebenen Länge der isolierten Antennenstruktur zwischen ersten und zweiten entgegengesetzten Antennenstrukturenden; (c) Strippens des isolierenden Materials zurück über jeweilige Abstände von den ersten und zweiten Enden der Antenne, um erste beziehungsweise zweite gestrippte Antennenendteile zu bilden; (d) Durchführens des ersten gestrippten Antennenendteils durch ein Gehäuse; und (e) miteinander Verspleißens der ersten und zweiten Enden der Antenne.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, das weiter den Schritt des zumindest Umgebens des Gehäuses und der verspleißten ersten und zweiten Enden der Antenne mit einem zweiten isolierenden Material und/oder Formens der Antenne zu einer ringförmigen Konfiguration vor dem miteinander Verspleißen der ersten und zweiten Enden der Antenne umfasst.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, das weiter den Schritt des Orientierens eines Bodens des Transpondergehäuses und der Antenne in einer im Wesentlichen coplanaren gegenseitigen Anordnung umfasst.
Ein Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste isolierende Material von dem ersten Antennenende um einen Abstand zurück entfernt wird, der größer ist als der Abstand, um den das isolierende Material von dem zweiten Antennenende zurück entfernt wird.
Ein Verfahren gemäß zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das erste und das zweite isolierende Material im Wesentlichen identisch zumindest teilweise aus Kautschuk zusammengesetzt sind.