DE102006029046B4

DE102006029046B4 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugluftreifens

Info

Publication number: DE102006029046B4
Application number: DE102006029046.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Härtel Volker; Dr. Sturk Holger
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2006-06-24
Filing date: 2006-06-24
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2026-06-25
Also published as: DE102006029046A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugluftreifens mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen enthaltend eine Kautschukmischung, die zwischen 0,5 und 15 Volumenteile, bezogen auf 100 Volumenteile Kautschukmischung, Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, die in einer bestimmten Richtung orientiert sind, wobei ein Reifenrohling (4) aufgebaut wird, welcher bereits eine Karkasse, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen, Seitenwände sowie einen Gürtelverband aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischungsstrang (3) aus der Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, extrudiert wird, wobei die Kurzfasern oder Füllstoffe während des Extrusionsvorgangs in der Kautschukmischung in Längsrichtung zur Extrusionsrichtung ausgerichtet werden, wobei der extrudierte Mischungsstrang (3) zur Bildung des Laufstreifens oder eines Laufstreifenteils schleifenförmig auf den Gürtelverband des Reifenrohlings (4) mit parallel zur Reifenachse verlaufenden aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugluftreifens mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen enthaltend eine Kautschukmischung, die zwischen 0,5 und 15 Volumenteile, bezogen auf 100 Volumenteile Kautschukmischung, Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, die in einer bestimmten Richtung orientiert sind, wobei ein Reifenrohling (4) aufgebaut wird, welcher bereits eine Karkasse, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen, Seitenwände sowie einen Gürtelverband aufweist.
Aus der DE 41 42 367 A1 ist ein Fahrzeugluftreifen bekannt, welcher einen Laufstreifen aus einer Gummimischung aufweist und aus Profilblöcken besteht, wobei jeder Profilblock eine Bodenkontaktfläche, einen inneren zentralen Bereich und zwei den benachbarten Profilblöcken gegenüberliegende Seitenwandflächen aufweist. Im Laufstreifen ist eine Vielzahl kurzer Kunstharzfasern auf Polyamidbasis verteilt, welche zum größten Teil derart orientiert sind, dass sie am inneren Umfang des Laufstreifens und entlang der Bodenkontaktfläche sowie der Seitenwandflächen der Profilböcke und in Umfangsrichtung des Reifens verlaufen.
Aus der EP 0 592 218 B1 ist ein Fahrzeugluftreifen mit einem Laufstreifen bekannt, welcher eine Laufstreifenbase und eine Laufstreifencap aufweist, wobei die Laufstreifenbase aus einer Kautschukmischung besteht, welche 16 bis 30 Gewichtsteile Kurzfasern enthält. Die Kurzfasern sind zumindest zu 90% innerhalb eines Winkelbereichs von +/–20° bezüglich der Umfangsrichtung des Reifens orientiert. Die Herstellung der rohen Laufstreifenbase erfolgt beispielsweise mittels eines Extruders, welcher ein rohrförmiges Extrudat liefert, in welchem die Kurzfasern parallel zur Längserstreckung orientiert sind. Das rohrförmige Extrudat wird spiralförmig in ein Band geschnitten, welches als Laufstreifenbase auf den bombierten Rohreifen aufgelegt wird. Auch die DE 693 02 669 T2 befasst sich mit einem radialen Luftreifen, bei dem der in eine Laufstreifenbase und Laufstreifencap geteilte Laufstreifen in der Base Kurzfasern aufweist, welche in der axialen Richtung des Reifens orientiert sind.
Es ist ferner bekannt, Laufstreifen durch direktes Spulen (Strip-Winding) eines extrudierten Materialstreifens auf den Reifenrohling aufzubringen. Da der Streifen in Umfangsrichtung auf den Rohreifen appliziert wird, sind in der Gummimischung enthaltene Fasern in Reifenumfangsrichtung ausgerichtet. Für das Brems- und Beschleunigungsverhalten bei gleichzeitig guter Seitenführung wäre es jedoch von Vorteil, wenn der Laufstreifen des Reifens in Querrichtung versteift ist.
Aus der JP 2002-361754 A ist es bekannt, die Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens durch mehrmaliges zickzackförmiges Umwickeln eines Rohreifens mit einem faserverstärkten Materialstrang zu erstellen, welcher unter dem gewünschten Winkel zur Umfangsrichtung aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf besonders einfache Weise einen Reifen mit einem Laufstreifen herzustellen, welcher quer zur Umfangsrichtung ausgerichtete Kurzfasern oder sonstige längliche Füllstoffteilchen enthält, sodass die Quersteifigkeit des Laufstreifens erhöht wird.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass ein Mischungsstrang aus der Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, extrudiert wird, wobei die Kurzfasern oder Füllstoffe während des Extrusionsvorgangs in der Kautschukmischung in Längsrichtung zur Extrusionsrichtung ausgerichtet werden, wobei der extrudierte Materialstrang zur Bildung des Laufstreifens oder eines Laufstreifenteils schleifenförmig auf den Gürtelverband des Reifenrohlings mit parallel zur Reifenachse verlaufenden aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebracht wird.
Die gestellte Aufgabe wird alternativ auch dadurch gelöst, dass ein Mischungsstrang aus der Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, extrudiert wird, wobei die Kurzfasern oder Füllstoffe während des Extrusionsvorgangs in der Kautschukmischung in Längsrichtung zur Extrusionsrichtung ausgerichtet werden, wobei der Mischungsstrang schleifenförmig unter Bildung eines Bandes auf einer Transporteinrichtung quer zu dieser abgelegt wird, mittels mindestens einer Profilwalze geformt, abgelängt und auf den Gürtelverband des Reifenrohlings als Laufstreifen oder Laufstreifenteil aufgebracht wird.
Die Erfindung ermöglicht es auf eine sehr effektive Weise einen Laufstreifen oder einen Laufstreifenteil zu bilden, in welchem Kurzfasern oder sonstige längliche Füllstoffteilchen in Querrichtung, demnach in axialer Richtung des Reifens, orientiert sind. Diese Orientierung erhöht die Quersteifigkeit des Laufstreifens und wirkt sich auf das Brems- und Beschleunigungsverhalten des Reifens bei gleichzeitig guter Seitenführung sehr positiv aus.
Besonders einfach gestaltet sich das schleifenförmige Aufbringen des Materialstranges, wenn der Extruder in eine entsprechende Pendelbewegung versetzt wird.
Besonders exakt lassen sich die Materialstrangschleifen mit einer dem Extruder vorgebauten Vorrichtung mit einer Anordnung von Rollen erstellen, welche Vorrichtung die Pendelbewegung durchführt.
Bei einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung können die Materialstrangschleifen durch eine Pendelbewegung der Transporteinrichtung gebildet werden, wobei in diesem Fall der Extruder bzw. eine gegebenenfalls vorgelagerte Applikationsvorrichtung ortsfest angeordnet sind.
Um über die gesamte Laufstreifenbreite bis in die Schulterbereiche eine Querorientierung der Kurzfasern oder der sonstigen länglichen oder plättchenförmigen Füllstoffe sicher zu stellen, werden die Materialstrangschleifen bei der Schleifenbildung an den Umkehrstellen durch eine Schnittvorrichtung durchtrennt.
Der Materialstrang kann mit unterschiedlichen Querschnitten erzeugt werden, bevorzugt ist es, im Rahmen der Erfindung Materialstränge zu verwenden, die einen runden, einen rechteckigen oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Transporteinrichtung, auf welcher der Materialstrang schleifenförmig abgelegt wird, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bevorzugt ein Transportband bzw. ein Förderband.
Die in Querrichtung des Laufstreifens orientierten Kurzfasern können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise aus Nylon, Polyester, Rayon, Aramid oder Baumwolle. Geeignet sind aber auch Kurzfasern die Keramik-, Glas-, Kohlenstoff- oder Metallfasern sind. Bevorzugt werden dabei Kurzfasern verwendet, die einen Durchmesser von 1 μm bis 20 μm und ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Durchmesser zwischen 100 und 2000 aufweisen.
Geeignet sind als Füllstoffteilchen ferner Kohlenstoff-Nanotubes, welche einen Durchmesser von 10 nm bis 80 nm und ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Durchmesser zwischen 50 und 1000 aufweisen.
Auch stäbchen- oder plättchenförmige Füllstoffteilchen lassen sich vorteilhaft einsetzen, insbesondere Schichtsilikate, welche ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrer Dicke zwischen 100 und 1500 aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugluftreifen mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen, welcher zumindest zum Teil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
1 eine Ausführungsform der Erfindung,
2 und 3 Querschnitte durch Ausführungsvarianten von Materialsträngen und
4 mit 5 sowie 6 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Bei der Erfindung wird ein Mischungsstrang 3 aus einer Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder stäbchenförmige Füllstoffteilchen enthält, zum Herstellen bzw. Aufbringen eines Laufstreifens eines Fahrzeugluftreifens verwendet. Die Kautschukmischung wird in einem Schneckenextruder plastifiziert und mit einem entsprechend ausgebildeten Extruderkopf 2 als Mischungsstrang 3 ausgespritzt. Die Ausrichtung der Kurzfasern oder der stäbchenförmigen Füllstoffteilchen in Längsrichtung des Mischungsstrangs 3 erfolgt während der Förderung durch den Extruderkopf 2 und dessen Extrusionsdüse durch das sich dabei ausbildende Dehn- und Scherfeld.
Der Mischungsstrang 3 kann einen einteiligen Laufstreifen aufbauen oder, bei einem eine Laufstreifencap und eine Laufstreifenbase aufweisenden Laufstreifen, zumindest einen der beiden Bauteile bilden.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante wird der Mischungsstrang 3 direkt auf einen bombierten Reifenrohling 4 appliziert, welcher bereits eine Karkasse, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen, Seitenwände sowie den Gürtelverband aufweist, wobei diese Bauteile gesondert nicht dargestellt sind. Der Mischungsstrang 3 wird beispielsweise über eine Pendelbewegung des Extruderkopfes 2 derart aufgelegt, dass er zwischen den Umkehrstellen des Extruderkopfes 2 zumindest im Wesentlichen parallel zur Reifenachse in aneinander anschließenden Schleifen auf dem Gürtelverband abgelegt wird. Die Umkehrstellen befinden sich in den Schulterbereichen des Reifenrohlings, welcher mit entsprechender Geschwindigkeit gedreht wird. Die Extrusionsgeschwindigkeit, die Pendelbewegung des Extruderkopfes 2 und die Rotationsgeschwindigkeit des Reifenrohlings 4 werden derart aufeinander abgestimmt, dass eine flächenbedeckende Belegung des Reifenrohlings 4 erfolgt. Die im Mischungsstrang 3 enthaltenen Kurzfasern oder Füllstoffteilchen sind damit im Reifenrohling quer zur Umfangsrichtung ausgerichtet und behalten diese Orientierung auch während der Vulkanisation des Reifens in einer Vulkanisationsform. Der fertige Reifen weist daher eine hohe dynamische Steifigkeit in Querrichtung auf.
Der Mischungsstrang 3 kann beispielsweise die in 2 gezeigte rechteckige oder die in 3 gezeigte trapezförmige Querschnittsform aufweisen. Der Mischungsstrang 3 kann ferner einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 10 mm und 20 mm aufweisen.
Bei der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsvariante wird der Mischungsstrang 3 durch den in Pendelbewegung versetzten Extruder 1 auf einem ebenen Transportband 5 abgelegt. Der verwendete Mischungsstrang 3 hat vorzugsweise einen etwa rechteckigen Querschnitt. und wird auf dem entsprechend synchronisiert laufenden Transportband 5 in Schleifen quer zur Bewegungsrichtung des Transportbandes zu einem längeren Bauteil zusammengefügt. Die Schleifenabschnitte grenzen unmittelbar aneinander an. Es ist auch möglich, mehr als eine Lage von Materialstrangschleifen auf dem Transportband 5 zu einem Bauteil zusammenzufügen. Das gebildete Bauteil wird beispielsweise mittels Walzen 6 geformt, das derart entstehende rohe Laufstreifenband entsprechend abgelängt und auf einen Reifenrohling appliziert. Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann das Transportband 5 in entsprechende Pendelbewegung versetzt werden.
Alternativ können die Materialstrangschleifen statt durch Pendelbewegungen eines Extruders 1 oder des Transportbandes 5 auch durch die Pendelbewegung einer dem (feststehenden) Extruder 1 vorgebauten Vorrichtung 7 mit einer Anordnung von Rollen 8, 9 generiert werden, wie es 6 zeigt. Das dem Extruder 1 unmittelbar nachgeordnete Rollenpaar 8 wird bevorzugt angetrieben.
Bei sämtlichen beiden Ausführungsvarianten ist es von Vorteil, dass zum Aufbringen bzw. Ablegen des Mischungsstranges 3 in Schleifen ein kompakter und kleiner Extruder 1 verwendet werden kann.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, die Materialstrangschleifen bei der Schleifenbildung in den Umkehrstellen durch eine Schnittvorrichtung zu durchtrennen.
Die in der Kautschukmischung enthaltenen Kurzfasern weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 μm bis 20 μm und ein durchschnittliches Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Durchmesser von 100 bis 2000 auf. Der bevorzugte Durchmesser beträgt zwischen 5 μm und 15 μm, das bevorzugte Verhältnis ihrer Länge zum Durchmesser 400 bis 1000.
Als Kurzfasermaterial kommen beispielsweise Textilfasern, wie Nylon, Polyester, Rayon, Aramid oder Baumwolle in Frage, sowie Keramik-, Glas-, Kohlenstoff-, oder Metallfasern. Auch die Verwendung von Kohlenstoff in Form von sogenannten Nanotubes ist möglich, wobei diese einen Durchmesser von 10 nm bis 80 nm und ein Verhältnis ihrer Länge zum Durchmesser von 50 bis 1000 aufweisen.
Die Kurzfasern können mit einem Haftvermittler imprägniert sein, um die Haftung in der Kautschukmischung sicherzustellen.
Alternativ oder in Kombination mit Kurzfasern können längliche, plättchenförmige Füllstoffteilchen, beispielsweise exfoliierte Schichtsilikate Verwendung finden. Das typische Verhältnis ihrer Länge zur Dicke der Plättchen beträgt 100 bis 1500.
Der Anteil an Kurzfasern und/oder Füllstoffteilchen beträgt zwischen 0,5 bis 15 Volumenteile, bezogen auf 100 Volumenteile Kautschukmischung. Als Kautschukkomponente in der Kautschukmischung kommen die für Laufstreifenmischungen üblichen Kautschuke in Frage, beispielsweise Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Emulsions-SBR, Lösungs-SBR und Butadienkautschuk. Diese Kautschuktypen können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die Kautschukmischung enthält ferner die üblichen Zusätze, wie Ruß, Kieselsäure, Vulkanisationsbeschleuniger, Schwefel, Zinkoxid, gegebenenfalls Weichmacher bzw. Verarbeitungsöle und dergleichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugluftreifens mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen enthaltend eine Kautschukmischung, die zwischen 0,5 und 15 Volumenteile, bezogen auf 100 Volumenteile Kautschukmischung, Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, die in einer bestimmten Richtung orientiert sind, wobei ein Reifenrohling (4) aufgebaut wird, welcher bereits eine Karkasse, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen, Seitenwände sowie einen Gürtelverband aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischungsstrang (3) aus der Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, extrudiert wird, wobei die Kurzfasern oder Füllstoffe während des Extrusionsvorgangs in der Kautschukmischung in Längsrichtung zur Extrusionsrichtung ausgerichtet werden, wobei der extrudierte Mischungsstrang (3) zur Bildung des Laufstreifens oder eines Laufstreifenteils schleifenförmig auf den Gürtelverband des Reifenrohlings (4) mit parallel zur Reifenachse verlaufenden aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugluftreifens mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen enthaltend eine Kautschukmischung, die zwischen 0,5 bis 15 Volumenteile, bezogen auf 100 Volumenteile Kautschukmischung, Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, die in einer bestimmten Richtung orientiert sind oder werden, wobei ein Reifenrohling (4) aufgebaut wird, welcher bereits eine Karkasse, Wulstbereiche mit Wulstkernen und Kernprofilen, Seitenwände sowie einen Gürtelverband aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischungsstrang (3) aus der Kautschukmischung, welche Kurzfasern oder sonstige längliche oder plättchenförmige Füllstoffe enthält, extrudiert wird, wobei die Kurzfasern oder Füllstoffe während des Extrusionsvorgangs in der Kautschukmischung in Längsrichtung zur Extrusionsrichtung ausgerichtet werden, wobei der Mischungsstrang (3) schleifenförmig unter Bildung eines Bandes auf einer Transporteinrichtung (5) quer zu dieser abgelegt wird, mittels mindestens einer Profilwalze (6) geformt, abgelängt und auf den Gürtelverband des Reifenrohlings (4) als Laufstreifen oder Laufstreifenteil aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrangschleifen durch eine Pendelbewegung des Extruders (1) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrangschleifen durch die Pendelbewegung einer dem Extruder (1) vorgebauten Vorrichtung (7) mit einer Anordnung von Rollen (8, 9) generiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrangschleifen durch die Pendelbewegung der Transporteinrichtung (5) gebildet werden und der Extruder (1) und eventuell vorgelagerte Applikationsvorrichtungen (7) im Wesentlichen ortsfest sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstrangschleifen bei der Schleifenbildung in den Umkehrstellen durch eine Schnittvorrichtung durchtrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstrang (3) mit einem runden, einem rechteckigen oder einem trapezförmigen Querschnitt erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstrang (3) auf einem Transportband (5) abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern aus Nylon, Polyester, Rayon, Aramid oder Baumwolle bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern Keramik-, Glas-, Kohlenstoff-, oder Metallfasern sind.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern einen Durchmesser von 1 μm bis 20 μm und ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Durchmesser zwischen 100 und 2000 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffteilchen Kohlenstoff-Nanotubes sind, welche einen Durchmesser von 10 nm bis 80 nm und ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrem Durchmesser zwischen 50 und 1000 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Füllstoffteilchen Stäbchen oder Plättchen aus Schichtsilikaten sind, welche ein Verhältnis ihrer Länge zu ihrer Dicke zwischen 100 und 1500 aufweisen.
Fahrzeugluftreifen mit einem ein- oder mehrteiligen Laufstreifen, welcher zumindest zum Teil gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.