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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen umfassend in einem Querschnitt senkrecht zur Umlaufrichtung zwei Wulstbereiche jeweils umfassend einen Wulstkern mit Kerndrähten, eine Kerndrahtgummierung und einen Wulstkemreiter.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, im Querschnitt senkrecht zur Umlaufrichtung umlaufend geschlossen zwei Wulstbereiche aufweisen, die so ausgeführt sind, dass der Reifen hierüber auf einer Felge aufgebracht werden kann. Um den Reifen auf der Felge zu halten und dem Reifen eine ausreichende Stabilität zu geben, umfasst der Wulstbereich Kerndrähte, die üblicherweise aus beschichtetem Stahl gefertigt sind und die mit einer Kerndrahtgummierung ummantelt sind. Oberhalb des Kerns mit Kerndrahtgummierung weist der Wulstbereich üblicherweise einen oder mehrere Wulstkernreiter auf, welche aus einer vergleichsweise steifen Kautschukmischung gefertigt sind. Hierzu enthält die Kautschukmischung üblicherweise vergleichsweise hohe Mengen an Füllstoffen oder Vernetzungschemikalien oder Aktivatoren.
Durch die hohe Steifigkeit des Wulstkernreiters wird dem Reifen im Fahrbetrieb die ausreichende Stabilität verliehen.
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Allerdings lassen sich steife Mischungen vergleichsweise schwer mischen und benötigen zudem oft zusätzliche Vorrichtungen, die für die Kautschukmischungen der übrigen Bauteile eines Reifens, wie Laufstreifen, Seitenwand, Gummierungsmischungen für innere Festigkeitsträgerlagen etc., nicht notwendig sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugreifen der eingangs genannten Art, bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann. Gleichzeitig soll der Fahrzeugreifen die nötige Haltbarkeit bei dynamischer Beanspruchung aufweisen.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Wulstkernreiter wenigstens eines der zwei Wulstbereiche wenigstens ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV) aufweist. Durch die Verwendung von TPV im Wulstkernreiter kann dieser mit der notwendigen Steifigkeit ausgebildet sein, ohne dass wie eingangs beschrieben eine hoch gefüllte Kautschukmischung aufwändig hergestellt werden muss.
Dabei sind für die Verarbeitung von TPV anstelle von hoch gefüllten Kautschukmischungen einfachere Baumaschinen und Prozesse nötig, wie beispielsweise das Spritzgussverfahren, was mit einer hoch gefüllten Kautschukmischung nicht angewendet werden kann.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen kann somit einfacher, effizienter und kostengünstiger hergestellt werden.
Gleichzeitig weisen TPV den Vorteil auf, dass sie mit den umliegenden Bauteilen im Reifen covulkanisiert werden können, was eine sehr gute Haltbarkeit des Reifens zur Folge hat.
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Der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen weist in einem Querschnitt senkrecht zur Umlaufrichtung zwei Wulstbereiche auf. Der gedachte Querschnitt ist parallel zur radialen und zur axialen Richtung. Die beiden Wulstbereiche befinden sich in axialer Richtung an beiden Seiten des beschriebenen Reifenquerschnittes und sind bevorzugt umlaufend -d. h. in Umlaufrichtung- geschlossen.
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Erfindungsgemäß weist der Wulstkernreiter wenigstens eines der zwei Wulstbereiche wenigstens ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV) auf.
Das bedeutet, dass auf nur einer Seite oder auf beiden Seiten des beschriebenen Reifenquerschnittes wenigstens ein Wulstkernreiter wenigstens ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV) aufweist. Es ist somit prinzipiell denkbar, dass der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen symmetrisch oder asymmetrisch - bezüglich der Spiegelebene parallel zur radialen Richtung und senkrecht zur axialen Richtung - ausgeführt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Wulstkernreiter der zwei Wulstbereiche wenigstens ein TPV auf, d. h. auf beiden Seiten des beschriebenen Reifenquerschnittes weist wenigstens ein Wulstkernreiter wenigstens ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV) auf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Einfachheit halber um die beiden oben genannten Möglichkeiten (TPV auf nur einer oder auf beiden Seiten in axialer Richtung) zu umfassen, der Ausdruck „Der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV“ verwendet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Einfachheit halber teilweise die Abkürzung „TPV“ statt des Ausdruckes „thermoplastisches Vulkanisat“ verwendet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist / sind der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV jeweils aus einem Grundkörper ausgebildet, der aus TPV besteht, wobei der Grundkörper beschichtet sein kann.
Das bedeutet, dass das TPV das Gebilde des Wulstkernreiters ausmacht und nicht lediglich eine Beimischung zu einer Kautschukmischung des Wulstkernreiters ist. Mit anderen Worten soll das TPV gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform die beschriebene hoch gefüllte Wulstkemreitermischung ersetzen. Der Ersatz betrifft wie beschrieben den Grundkörper, sodass zusätzliche Substanzen, wie beispielsweise Beschichtungen, beispielsweise mit einem Haftvermittler, weiterhin denkbar sind.
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Erfindungsgemäß ist es prinzipiell denkbar, dass der Wulstkernreiter nur aus einem Bereich aufweisend TPV ausgebildet ist, oder, dass der Wulstkernreiter aus zwei oder mehreren Bereichen ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Bereiche wenigstens ein TPV aufweist.
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Die Gestaltung wenigstens eines Bereiches des Wulstkernreiters kann dabei im Sinne der obigen Ausführungen auf nur einer Seite des Querschnittes oder auf beiden Seiten des Querschnittes symmetrisch oder asymmetrisch ausgeführt sein.
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Somit ist es denkbar, dass der Wulstkernreiter nur eines Wulstbereiches oder beider Wulstbereiche einen ersten Bereich umfasst, der wenigstens ein TPV aufweist und wenigstens einen zweiten Bereich umfasst, der aus wenigstens einer Kautschukmischung ausgebildet ist, wobei diese dann das Gebilde des zweiten Bereiches ausmacht und eine übliche hochgefüllte Kautschukmischung ist. Die jeweils ersten und zweiten Bereiche des oder der Wulstkernreiter können dabei durch zusätzliche Lagen, wie insbesondere Gewebelagen - wie eine Karkasslage - voneinander getrennt sein.
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Gemäß bevorzugter Ausführungsformen sind die Wulstkernreiter der zwei Wulstbereiche auf beiden Seiten symmetrisch also gleich ausgeführt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder der zwei Wulstbereiche genau einen Wulstkernreiter auf, der aus einem Bereich ausgebildet ist, dessen Grundkörper aus TPV besteht, wobei die Grundkörper auf beiden Seiten beschichtet sein können, beispielsweise mit wenigstens einem Haftvermittler.
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Thermoplastische Vulkanisate (TPV) sind dem Fachmann bekannt.
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Gemäß vorliegender Erfindung weist das TPV bevorzugt eine erste Phase aus einer thermoplastischen Matrix und eine zweite Phase aus vollständig oder zumindest teilweise vernetztem Kautschuk auf.
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Bei der Herstellung dieser TPV werden dabei gemäß bevorzugter Ausführungsformen Kautschukbestandteile mit thermoplastischem Material vermischt.
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Bei den Kautschukbestandteilen kann es sich gemäß vorteilhafter Ausführungsformen um noch zu vernetzende Kautschukbestandteile handeln.
Insbesondere durch die entstehende Wärme beim Einmischen - wie beispielsweise Temperaturen von 180 bis 200 °C - der noch zu vernetzenden Kautschukbestandteile in die thermoplastische Matrix wird der Kautschuk vollständig oder zumindest teilweise vernetzt.
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Bei den noch zu vernetzenden Kautschukbestandteilen kann es sich um alle denkbaren unvernetzten oder zumindest nur teilweise vernetzten Kautschuke handeln. Hierbei können Rohkautschuke, unvulkanisierte Kautschukmischungen oder devulkanisierte Kautschukmischungen, die durch ein Regenerierungsverfahren wieder vernetzbar gemacht worden sind, verwendet werden.
Bei den unvulkanisierten Kautschukmischungen kann es sich auch um Reste aus der Herstellung von Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiartikeln handeln.
Die Verwendung von unvulkanisierten Kautschukmischungen hat den Vorteil, dass gezielt das Eigenschaftsprofil - wie insbesondere Hystereseverhalten, Abriebeigenschaften und Steifigkeit - von vornherein eingestellt werden kann und gleichzeitig anfallende Reste von geeigneten Kautschukmischungen aus der Herstellung von Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiartikeln direkt verwendet werden.
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Die Verwendung von devulkanisierten (regenerierten) Kautschukmischungen hat den Vorteil, dass auf diese Weise Altreifen oder andere technische Gummiartikel recycelt werden und gleichzeitig durch die Regenerierung das Eigenschaftsprofil - wie insbesondere Hystereseverhalten, Abriebeigenschaften und Steifigkeit - des Kautschuks wieder neu eingestellt werden kann.
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Die Verwendung von Rohkautschuken hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Substanzen - wie bei einer Kautschukmischung- beigemischt sind, sodass das Eigenschaftsprofil - wie insbesondere Hystereseverhalten, Abriebeigenschaften und Steifigkeit - allein über das oder die Polymere bestimmt werden kann.
Rohkautschuke werden für die Verarbeitung zu TPV aufbereitet, wie beispielsweise durch Zerkleinern oder Plastifizieren.
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Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen und je nach gewünschten Eigenschaften kann das TPV auch derart ausgeführt sein, dass die Kautschuk-Phase vernetzte Gummipartikel, insbesondere aus Altreifen oder anderen recycelten Gummiartikeln, aufweist. Hierbei werden bei der Herstellung der TPV bereits vernetzte Gummipartikel verwendet und diese in die thermoplastische Matrix verteilt.
Dies hat den oben genannten ökologischen Vorteil des Recyclings ohne dass der aufwändige Schritt des Regenerierens erfolgt, wenn es vom Eigenschaftsprofil her nicht erforderlich ist. Gleichzeitig kann über die Wahl der vernetzten Gummipartikel das Eigenschaftsprofil gesteuert werden.
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Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen weist das TPV die thermoplastische Matrix-Phase in Mengen von 15 bis 80 Gew.-% und die Kautschuk-Phase in Mengen von 20 bis 85 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des TPV, auf.
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Bevorzugt weist das TPV die thermoplastische Matrix-Phase in Mengen von 30 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 65 bis 45 Gew.-%, und die Kautschuk-Phase in Mengen von 20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 bis 55 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des TPV, auf.
Gemäß einer beispielhaften und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das TPV die thermoplastische Matrix-Phase in Mengen von 65 bis 55 Gew.-%, wie insbesondere 60 Gew.-%, und die Kautschuk-Phase in Mengen von 35 bis 45 Gew.-%, wie insbesondere 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des TPV, auf.
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Eine mögliche Beschichtung des TPV geht bei der Berechnung der Gewichtsanteile von Kautschuk und thermoplastischer Matrix nicht in das Gesamtgewicht des TPV ein.
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Die thermoplastische Matrix-Phase kann prinzipiell aus jedem Material ausgeführt sein, welches eine thermoplastische Matrix ausbilden kann. Es handelt sich hierbei insbesondere um thermoplastische Polymere.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung umfasst die thermoplastische Matrix-Phase wenigstens ein Polyolefin und/oder Polyamid (PA) und/oder Polyester und/oder Polyurethan (PU) und/oder Polyether. Hierbei ist auch ein Gemisch von zwei oder mehreren verschiedenen Substanzen der genannten Substanzklassen denkbar.
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Bei dem Polyolefin kann es sich um alle denkbaren Polyolefine handeln, wie insbesondere Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE). Bei dem Polyether kann es sich um alle denkbaren Polyether handeln, wie insbesondere Polyphenylether (PPE).
Bei dem Polyester kann es sich um alle denkbaren Polyester handeln, wie insbesondere Polyethylenterephthalat (PET).
Bei dem Polyamid kann es sich um alle denkbaren Polyamide handeln, wie insbesondere aliphatische Polyamide wie Polyamid 6 (PA 6) und/oder Polyamid 66 (PA 66, auch Nylon genannt).
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Die Kautschuk-Phase kann prinzipiell aus jedem Kautschukmaterial ausgeführt sein. Hierbei kann es sich um Naturkautschuk (NR), synthetisches Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Halobutyl-Kautschuk, ButylKautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) sowie weitere dem Fachmann bekannte Kautschuke handeln.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Kautschuk-Phase wenigstens einen Kautschuk, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR).
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Prinzipiell sind alle denkbaren Kombinationen aus thermoplastischem Material mit Kautschukmaterial erfindungsgemäß umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich durch Verwendung der oben genannten bevorzugten thermoplastischen Materialien und Kautschuke inklusive der genannten bevorzugten Quellen des Kautschuks (Rohkautschuk, Kautschukmischung, Partikel aus Altreifen etc.).
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Im Folgenden werden einige bevorzugte Materialkombinationen für das TPV des Wulstkernreiters des erfindungsgemäßen Fahrzeugreifens genannt:
| Kautschuk | | thermoplastische Matrix |
| NR / EPDM | // | PP |
| NR / BR | // | PU |
| NR / BR | // | PA, wie insbesondere PA 6 und/oder PA 66 |
| NR / SBR | // | PE |
| NBR | // | PP |
| NBR | // | PA, wie insbesondere PA 6 und/oder PA 66 |
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Die thermoplastische Matrix kann neben dem wenigstens einen thermoplastischen Polymer weitere Zusatzstoffe enthalten. Beispielsweise kann die Matrix zur zusätzlichen Verstärkung feste Bestandteile, wie Glasfasern, Ruß oder mineralische Füllstoffe enthalten. Hierdurch ergeben sich weitere Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Handling-Verhaltens.
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Wie eingangs beschrieben ist eine vergleichsweise (im Vergleich zu inneren Bauteilen oder der Seitenwand) hohe Steifigkeit des Wulstkernreiters für die Fahreigenschaften des Fahrzeugreifens von Vorteil.
Die Steifigkeit des Wulstkernreiters wird dabei beispielsweise über das Speichermodul E' ausgedrückt.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist es bevorzugt, dass der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV einen Speichermodul E' bei 55 °C und 1 % Dehnung gemäß DIN 53 513 von 100 bis 200 MPa, bevorzugt 120 bis 170 MPa, besonders bevorzugt 120 bis 150 MPa, aufweist/aufweisen.
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Ferner kann die gewünschte physikalische Beschaffenheit des Wulstkernreiters über die Härte, insbesondere die Shore D Härte ausgedrückt werden.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist es bevorzugt, dass der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV eine Shore D Härte bei Raumtemperatur von 45 bis 65 Shore D, bevorzugt 50 bis 60 Shore D, beispielsweise 55 Shore D, gemäß DIN ISO 7619-1 aufweist/aufweisen.
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Der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV ist gemäß vorteilhafter Ausführungsformen jeweils mit wenigstens einem Haftvermittler beschichtet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die übrigen den Wulstkernreiter umgebenden Bauteile des Fahrzeugreifens - wie im Stand der Technik bekannt - Kautschukmischungen enthaltend wenigstens einen Kautschuk, insbesondere wenigstens einen Dienkautschuk, aufweisen und eine intensive Anbindung des Wulstkernreiters an diese umgebenden Bauteile erforderlich oder erwünscht ist.
Bei der intensiven Anbindung handelt es sich insbesondere um eine Covulkanisation des Wulstkernreiters an das jeweilige umgebende Bauteil.
Geeignete Haftvermittler, die die Anbindung und insbesondere die Covulkanisation verstärken bzw. ermöglichen, sind dem Fachmann bekannt.
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Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist der oder die Wulstkernreiter aufweisend wenigstens ein TPV im vulkanisierten Reifen mit jeweils umgebenden Reifenbauteilen, wie insbesondere wenigstens einer Seitenwand und/oder der Kerndrahtgummierung und/oder wenigstens einer gummierten Karkasslage und/oder wenigstens einer Kernfahne, covulkanisiert.
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Die Kernfahne ist eine gummierte Gewebelage, welche U-förmig um den unteren Bereich des Wulstkerns und dort meist zwischen der Karkasslage und dem Wulstkern angeordnet sein kann.
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Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der schematischen 1 und 2 näher erläutert werden.
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1 zeigt dabei einen Querschnitt des Reifens senkrecht zur Umlaufrichtung und parallel zur axialen und radialen Richtung, bei dem schematisch die erfindungsrelevanten Bauteile und sonstige übliche Bauteile gezeigt sind. Der Reifen in 1 weist in axialer Richtung an jeder Seite einen Wulstbereich 1 auf.
Der Wulstbereich 1 ist der Verständlichkeit halber durch einen Rahmen hervorgehoben aber nicht streng auf den vom Rahmen umfassten Bereich beschränkt. Der Wulstbereich umfasst einen Wulstkern 2, welcher in 2 detaillierter abgebildet ist, und einen Wulstkernreiter 5. Der Wulstkern umfasst wie es in 2 erkennbar ist Kerndrähte 3, welche jeweils von einer Kerndrahtgummierung 4 ummantelt sind.
In 1 sind ferner eine um die Wulstkerne 2 umlaufende Karkasse 6, eine Innenschicht 7, Seitenwände 8, Gürtelpaket 9 und ein Laufstreifen 10 schematisch dargestellt.
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Der Wulstkernreiter 5 ist auf beiden Seiten in axialer Richtung aus einem Grundkörper aus TPV ausgebildet.
Bei dem Kautschuk des TPV handelt es sich um NR und EPDM und bei dem Material der thermoplastischen Matrix um PP.
Der Wulstkernreiter 5 weist dabei ein Speichermodul E' bei 55 °C und 1 % Dehnung von 140 MPa und eine Shore D Härte von 55 Shore D auf.
Der TPV Grundkörper ist im vulkanisierten Reifen mit den umgebenden Bauteilen, nämlich der Seitenwand 8, der Kerndrahtgummierung 4 des Wulstkerns 2, und der gummierten Karkasslage 6 covulkanisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wulstbereich
- 2
- Wulstkern
- 3
- Kerndrähte
- 4
- Kerndrahtgummierung
- 5
- Wulstkernreiter
- 6
- Gummierte Karkasslage
- 7
- Innenschicht
- 8
- Seitenwand
- 9
- Gürtelpaket
- 10
- Laufstreifen
- aR
- axiale Richtung
- rR
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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