DE1505062A1

DE1505062A1 - Leichtwulst fuer Luftreifen

Info

Publication number: DE1505062A1
Application number: DE19651505062
Authority: DE
Inventors: Budd Chester Bernard; Stewart Floyd Donald
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1964-09-01
Filing date: 1965-08-16
Publication date: 1969-06-12
Also published as: BE668847A; GB1072277A; US3237674A

Description

Dr.-Ing. P.K. Holzhäuser 1"ETnKlYCO

Patentanwalt - I QUOUOZ

605 Offenbach a.M. Herrnstr. 37

The B.i¹. Goodrich Company 500 South Main Street Akron, Ohio 44 318 V.St.A.

Leiohtwulat für Luftreifen

Die Erfindung "befaßt sich mit der Entwicklung neuartiger i/ülste für Luftreifen und betrifft insbesondere den Ersatz der■ vmlstdrahteinlage in dem.Wulst durch einen neuen, laichten, biegsamen, sehr starken Bestandteil, der eine reifenarti^e 'Struktur aus in Epoxyharz eingebetteten Grlasfa.dern hab.

Der viulst im Luftreifen ist; der fieifenbeatandteil, der den Reifen an der J?elge feuthillt. Dieser Teil muß im fertigen Keifen nahezu starr, o.ber doch nachgiebig ge-■lu · «ein, um ohne JLeimen »ich biegen zn tonnen, damit o.er iieifen beim Auf- und Abmontieren über die Felge geocboTDfm werden kann, i-jr muß praktisch undehnbar sein, damit die Lage deü Reifens auf der i'elge ^e.^enüber Zentrifugalkräften beibehalten wird, wenn der rteifen mit hohen Geschwindigkeiten läuft.

Der verstärkende Liestandteil im wulst üblicher Luftreifen iiit ein stählerner uulstdraht. üblicherweise werden

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mehrere feine Drähte gleichzeitig mit plastischem Gummi überzogen, dann verdrallt und schraubenförmig gewunden, sodaß sie einen Ring bilden. Diese Wülstdrähte können plattiert oder sonstwie behandetl werden, um einer Korrosion vorzubeugen und das Anhaften am Gummi zu unterstützen. Der "frische" Wulst wird oftmals mit einem 'Pextilband umwunden, um das Beibehalten der Form beim Fertigstellen des Reifens zu sichern. "Frische" Wülste sind im wesentlichen von quadratischer oder rechteckiger Form, werden aber beim Vulkanisieren des Reifens in eine etwa dreieckige Form übergeführt, wenn der Gummi ' unter der Wirkung von Sitze und Druck in der Form fließt. Es wäre wünschenswert, dieses Fließen des Gummis¹ beim Formen und Vulkanisieren vermeiden zu können, weil es möglich ist, daß Drähte in Wetallberührung miteinander kommen und · gegebenenfalls schwache otellen im Reifen bilden, an denen schließlich Feuchtigkeit zu einer Korrosion und Beschädigung der wulst führen kann, v/ülste mit- Glasfasern mit Epoxyharz sind rostbeständig und widerstehen einer Formänderung unter Druck.

Ein weiterer Nachteil der üblichen, mit Draht verstärkten V/ülste, insbesondere bei der Verwendung an Flugzeugen, ist ihre Schwere, und alles Totgewicht beim Flugzeugbau verringert die Nutzlast, die mitgeführt werden kann. Die neuen Reifenwülste nach der Erfindung können die üblichen .rftahldrahtwülste ersetzen und sparen bei gleicher Festigkeit 2/3 der Querschnittsfläc.b.e und 3/4 des Gewichts. Bezüglich der Dehnung sind die neuen Wülste überlegen, da sie einen Dehnun^swert von 3 °/o gegenüber einem von 2,5 % von ötahldrabttäilsten seigen.

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Einer der bekannten beaten Merkstoffe hinsichtlich, seiner Stärke bezogen auf sein Gewicht ist fortlaufend gefädelte Glasfaser. In Litzen gleichen Querschnittes zeigt Glasfaser eine Reißfestigkeit von der einfachen bis anderthalbfachen des Stahls, der zur ^eit der meistgeb'rauchte Werkstoff für v/ulstdraht ist. Die hohe iieißfestigkeit von Glasfaser wird im allgemeinen durch zwei große !"achteile aufgewogen, durch die plötzliche Schwache durch Abnutzung an Stellen von Glasberührung und ihre geringe Biegefestigkeit. Es sind Verbuche angestellt worden, Glasfasern mit elastischen Werkstoffen, beispielsweise Gummipolymeren, zu überziehen, um die Berührung von Glas mit Glas zu vermeiden und eine größere Biegefestigkeit zu erzielen, doch hat der Srfolg in dieser Richtung keine Glasfaserform ergeben, die in einem Luftreifen als verstärkender Bestandteil verwendet werden kann. 3s ist auch bekannt, Glasfaser als Yerstärkungsmaterial in plastischen, flächenförmigen Konstruktionen zu verwenden. Diese werden benutzt, um starre Formen, wie Bauplatten und Raketengehäuse, zu bilden. .Siemand hat mit Srfolg Glasfaser als den verstärkenden Bestandteil eines viulstes für einen Luftreifen angewandt.

äs wurde gefunden, daß fortlaufend fadenförmige Glasfaser, mit einer F_atrize aus Spoxynarz kombiniert und ihr eine üeifenform gegeban werden kann, die als völlig wirksame Verstärkung in der viulst eines Luftreifens dienen kann. Bei einem Vergleich auf der Grundlage eleicher .Festigkeit' mit dem ,/ulstdral'it, den die ersetzt, iiirnmt die 'kombination: Glasfaser und Epoxyharz ein ürit-

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tel an Volumen und ein Viertel an Gewicht ein. Die Glasfaser-Bpoxyharz-Wulst ist auch biegsam genug, um die Beanspruchung durch das Auf- und Abmontieren des Reifens auszuhalten, ist bei der Reifenherstellung leicht zu handhaben, erübrigt eine umständliche Metallbehandlung, wie 1-iessingplattierung, und haftet leicht an Gummi und Stoffteilen," mit denen sie bei der Re if enherst ellung in Berührung gebracht wird. Bei den Glas-Harz-Wülsten nach der Erfindung bildet das jipoxyharz eine Bettung um die Glasfaser und verhütet die schädigende Berührung von Glas mit Glas. Außerdem hat das Harz eine genügende Dehnungsfestigkeit, um sich so weit dehnen zu können, wie die Benutzung des .Reifens erfordert, und ermöglicht damit, die große Reißfestigkeit der Glasfasern wirksam bei dem v/iderstand gegen die Heilkräfte zu verwenden, die auf den Reifen, etwa beim Landen eines "Flugzeugs oder beim Lauf mit hoher Geschwindigkeit, ausgeübt werden. Ein völlig unerwarteter Erfolg der Erfindung ist, daß eine mit Rpoyharz bedeckte und in es eingebettete Glasfaser eine ITaden-iieißfestigkeit von doppelter Grüße einer nicht überzogenen Kontroll-Glasfaser zeigt.

Der hier verwendete Ausdruck "nJpoxyharz" bezeichnet die polymeren Iteakt ions produkte polyfunktioneller flalohydrine, wie ;;pihalohydrinen,mit polyfunktionellen Hydrogen abgebenden Stoffen, oder ihren Salzen, wme Dolyfunkiionalen Phenolen, Alkoholen, Aminen, Säuren und Balzen. Die iiauptreaktion ist vermutlich ein Abspalten eines Hydrogens oder lietllhalogenids mit gleichseitiger Cffnung und .Reaktion des j⁽Jpoxyringes. Das "jit-oxymole^o,! wird

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dann funktioneile Hydroxylseitengruppen, 1.2 lipoxyendgruppen und Äther- oder i'Jst erbindungen enthalten. Ein kleiner Teil von Hydroxylendgruppen wird wahrscheinlich auch vorhanden Bein. Andere oft benutzte und mit "ßpoyharz" gleichbedeutende Bezeichnungen sind "polymere Glycidyläther" (polymeric glycidyl ethers) und "Spoxy-Hydroxyl-Polyäther-Harze". Der Ausdruck "Polyharz" in der hier angewandten Bedeutung soll ebenso G-lycidyl-Polyester wie Glycidyl-Polyäther umfassen. Die bedeutsamen, gemeinsamen eigenschaften sind der Harzcharakter und die funktionellen 1.2 fipoxy- und Hydroxylgruppen, epoxyharze Bind ebexifalis aus Looxy enthaltenden Verbindungen mit einer nicht halogeniden Hydrogen bindenden iieaktionegruppe und Oxydation von Polyolefinen mit Peressigsaure. Diese Harzo besitzen die V'ügenschaft, sich aus. !''Bissigkeiten in zähe, in der Wärme erhärtende Körper zu verwandeln.

.•:.in typisches Verfahren zum Herstellen eines iipoxharses ist in der USA-Patenbschrift 2 500 449 beschreiben, nach der i'jfichlorohydrin >nit Bisphenol bei 100 0 in Gegenwart von genügend Alkali umgesetzt wird, um das gebildete ,TJclzs-iure zu binden, uie gebildeten Harze unterscheiden sich entsprechend'den molaren Anteilen und den Re-.i-ktionsbedingungen und haben Schmelzpunkte von 43 bis 112 o. In diesem besonderen .b'all wird angenommen, daß die mdgruppen i'Jpoxygruppen eind, wahrend es viele funktioxielle iiydroxyl-^wischenMruppen gibt. :i;in weiteres Härten eines typischen i'ipoxyharzes, wie dieses, ist durch ^riiitzen mit einem üblichen Härtemittel, gewohnlich einem bifunktionalen, vorgesohen, das ils Querver-

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binder für das zuvor gebildete Harz, z.B. Oxalsäure, Zitronensäure, Anhydride von Polycarboxylsäuren, anorganischen Basen, organischen Basen und säurebildende oder b'lektronenpaar-Akaeptanten, wie tertiäre Amine und Bortrifluorid. Andere Epoxyharze und 'Verfahren sind in den USA-Patentschriften 2 444 333, 2 253 932, 2i?C0 6üO, 2 467 171 und weiteren beschrieben.

.Epoxyharze sind im Handel mit einem weit streuenden Anteil von Epoxy, Molekulargewicht, birweichungspunkt und Zusammensetzung" erhältlich. Quellen solcher handelsüblicher harze sind'die Shell Chemicals Go. ('.ipon-l-iarze) und die Ci'ba. Ltd. (Araldit-EL\.rze). Jie Harze erstrecken sich von Flüssigkeiten (mit einem holekulargewicht von weniger als !500) bis zu festen körpern mit hohem KoIekulargewicht. ü'lüssige ftpoxaharze können zum überziehen von Glasfasern zur Ausübung der Erfindung verwendet und Harze mit höherem Molekulargewicht geschmolzen und als . überzug auf die Cllasfasern aufgetragen oder in einem Lösemittel, wie ilethlyathylketon oder Aceton gelöst und auf den Grlasfasern aus der Lösung durch, übliche Verfahren niedergeschlagen werden.

Das Paserglaß, das jfv.r die Verstärkung der epoxyharze in. dieser .Erfindung verwendet -.;ird, ist die durchgehende fadenförmige Glasfaser hoher jj'esbi'-ckeit, die handelsüblich und als "E"-^r.KLaü bekannt ist. jiasf^sern werden von verschiedenen i'irmen hergestellt und nach einer ätandard-domenklatur .mit alphabetischen und L'-ii'fernbezeichnungen erläutert. Jer erste Juchatabe bezeichnet die (xlaszusammensetzung; dabei steht ".'j" tar "elektrisch"

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und "G". für"chemisch". Die Formeln, ändern sich je nach der beabsichtigten Verwendung des Glases- Der zweite Buchstab© bezeichnet die Art der !Faser, und zwar "0" für durchgehende Fasern und. "8" für Stapelfasern. Der dritte Buchstabe gibt den mittleren Durchmesser der Faser oder des Fadens an, aus dem dak Garn hergestellt ist. Die Werte für den dritten Buchstaben sind:

"D" - 0,0058 mm

• ¹¹E". - - 0,007 mm

"F" - 0,0033 mm

Hfl H

G" - 0,0095 mm.

Die auf die Jmchstaben folgenden Hummern geben 100 iards je Pfund und Garnzusammensetzung. Die erste (Zähl-) Ziffer, d.h. 150 usw., ist 1/100 der angenäherten Yardzahl der Hauptlitze in einen Pfund. Die zweite, den Zählziffern folgende iieihe von Zahlen (-1/2, -r/O usw.) bezeichnet die Anzahl der'jträhnen in Garnen mit durchgehenden Fäden. Die erste Stelle in dieser i-ieibe „ribt die Anzahl der verdrillten strähnen, wieder und ist durch einen Schrägstrich von der zweiten Stelle getrennt, die die Zahl der gefachten Einheiten angibt. Jede fadeni'b'rinia-e, durchgehende Glasfaser el^ktriacher Art, die zur Zeit bekannt ist, ist geeignet, mit einem Epoxyharz kombiniert und in Form einer Reifenwulst dieser Erfindung hergestellt zu werden, .'^denförmige, durchgehende Glasfasern elektrischer Art haben Durchmesser von 0,u058 mm bis zu υ,0095 mm und von 900 lards je Pfund Hauptlitze ti3. zu 150 Yards ,ie !'fund baustütze. Glas, das in öurchgende Fasern zu verscinnen und mit ^poxyharzen zu verbinden ist, ist für die Ausführung dieser Erfindung brauchbar.

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Ein Verfahren, das angewandt wird, um die Festigkeit der Glasfaser-Epoxyharz-Verbindungen zu prüfen, besteht darin, ein ringförmiges, parallel gewundenes Prüfstück von 5 mm Breite und 2,5 mm Stärke mit einem Innendurchmesser von 150 mm herzustellen, indem mit Harz imprägniertes Glasgarn auf eine Ringform gewickelt und an Ort und Stelle vulkanisiert wird. Bin Spannungsregulator, ein beheiztes Harzimprägnierbad, eine Hebe- und Schwenkvorrichtung and ein Vulkanisierofen werden benötigt. Das Prüfstück ähnelt einem von dem Naval Laboratory entwickelten,-wie es in dem iverk von Erickson, Silver, Perry "Proposed EOL Ring iPest' Method for Parallel Glass Roving Reinforced Plastics: Evakuation of Chemical Finishes ", NAVORD Report 5680, 1. Juli 1959 beschrieben ist, und auf das als "NOL"-Zerreißring Bezug genommen wird. Die Ringe werden in Reifeneinspannung bei Zimmertemperatur unter Verwendung eines Probenhalters mit gespaltener Scheibe und bei einer Geschwindigkeit des Instron-Kreuzkopfes von 5 mm ."je Minute. Die beiden Teile des Probenhalters mit Schutzscheibe gehen bei Belastung auseinander, und das Prüfstück sucht sich an der Trennstelle zu begradigen. Die Reifenreißfestigkeit wird in Pfund/Quadratzoll (etwa = 0,07 at) erhalten, indem man die Belastung durch die doppelte Querschnittsflache dividiert. Die Garnreißfestigkeit in Pfund (etwa = ü,45 kg) wird erhalten, indem die Reiiblast in Pfund durch die doppelte Anzahl der Garne im !.ling dividiert. Diese hü'L-Zerreißringe-prüfen genau die Glasverstärkung und dienen zur Bestimmung-iderHarzmatritze oder -umhüllung in der Glas.-Harzverbindung. Me Fähigkeit der Umhüllung, die

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Verstärkung zu schützen und die auftretenden Kräfte abzulenken, spiegelt sich in der endgültigen Dehnung lind in der Reißlast wieder.

Im allgemeinen warden Zugspannungen von 12 - 25 g angewendet, die gemessen werden, ehe die Glasfasern in das Harzbad getaucht werden. Zwei Reihen von Ringen, bei 15 g und 15Og Zugspannung gewickelt, ergaben eine gleiche durchschnittliche Garnfestigkeit, womit sich zeigt, daß die Garnspannung kein kritischer Paktor ist.

Ss wurde ebenso gefunden, daß die Verwendung eines Lösungsmittels in Harzzusammensetzungen zum Ringwickeln keinen Einfluß auf die Festigkeit der Folien oder Ringe hat. Die Menge von Epoxyharz, die an dem Glas abgesetzt wird, kann verändert werden, indem man die Viskosität des Harzes und die den Glasfasern aufgedrückte Spannung ändert, wenn sie auf die Ringformen gewickelt werden, jin Harz rait geringer Viskosität und eine niedrige Glasspamung ergeben einen hohen Harzanteil auf dem Glas in der jindstruktur. ^Jine Erhöhung der Harzviakosität und der Spannung der Glasfasern führen zu geringeren Ablagerungen '/on harz und höherem Glasanteil in der lündstruktur. Der Fachmann kann ohne weiteres die Faktoren berückyichtigen, um Zerreiüringe oder Reifenwülste herzustellen, welche die gewünschten Anteile an Harz und Glasfaser enthalten. Die Ringe werden in einem Üfen-mit verstärktem Zug 4 stunden bei 120° 0 behandelt. 1Ü bis 4w Gewichtsprozent Harz haben sich als geeignet erwiesen, um die geeignetsten ,teifenwülste herzustellen, /erm der Ge-wiohtaanteil u.n Harz über 45 bis 50 fo liegt, iieben die hülste unter Belastungen nach, denen übliche

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Stahldrahtwülste widerstehen können, und wenn er unter 10 Gewichtsprozent sinkt, verlieren die Wülste an Festigkeit.

Die folgenden Beispiele erläutertn die bemerkenswerte Brauchbarkeit und die Vorteile dieser neuen Reifenwülste:

Beispiel I :

Vier normale Wulstdrahtringe wurden aus der laufenden Reifenfertigung genommen. Die Wülste waren aus fünf Drahtbändern zusammengesetzt, deren jedes fünf Drähte enthielt. Dicken- und Breitenmessungen legten die durchschnittliche Dicke zu 7,3 mm wand die durchschnittliche Breite zu 8,7 mm fest. Der Innendurchmesser war 332 mm. Aus diesen Messungen wurde das faulstvolumen zu 64 ecm errechnet. Das Wulstgewicht war 210 g, und die Dichte wurde zu 3,1 g/ccm errechnet.

Vier Harzglasringe, die in derselben Weise wie die o-Zoll-IOJj-Versuchsringe, abgesehen von der Verwendung größerer Ringformen, zurechtgemacht waren und einen Innendur chmesser von 341 mm sowie einen Gewichtsanteil an Harz von 20 fo hatten, ergaben eine errechnete Dichte von 2,2g/ccm.

Diese Wülste wurden auf der Ölson-Prüimaschine, entsprechend dein Prüfverfahren von MOL-Prüfringen auf Reißfestigkeit und Dehnung geprüft. Bei einer Belastung von 11.450 kg hatten die Harz-Glas-V«ülste eine durchschnittliehe Zugfestigkeit von. 14·750 kg/cm¹". Beieiner Belastung von 5.400 kg gaben drei von den vier 3ta:ildraht-

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wulsten bei einer durchschnittlichen Zugfestigkeit von 4340 kg/cm nach. Die Harz-G-las-Wülste zeigten eine äusserste Dehnung von 3 % gegenüber einer von 2,5 f° der Stahldrahtwülste. Wenn gleiche wulste durch Hitze 50 Stunden bei 100 C gealtert und geprüft wurden, sbellte sich heraus, daß die Stahldrahtwülste unbeeinflußt geblieben, die Harz-Gias-V/ülste so^ar noch fester geworden waren·

Beispiel II;

Zwei schlauchlose 7,50 - 14 Plugzeugreifen mit 6 Lagen wurden "in normaler fertigung unter Verwendung von Harz-Grlas-Wulsten mit 20 % Harz anstelle der üblichen Stahlwülste hergestellt, iiin Reifen wurde einer Berstprüfung

unterworfen und versagte durch die karkasse bei 30 g/cm was ähnlichen Reifen mit üblichen wulsten vergleichbar ist. Der zweite Reifen wurde Landeprüfungsn unterworfen. Er überstand 100 Landungen bei 82 - 38 Keilen je Stunde, 100 Landungen bei 120 - 102 keilen je Stunde und 25 Landungen bei 120 - 70 Meilen je Stunde, wie sie von der Militärvorschrift HIL-G?-..-041 verlange werden.

Die Epoxy-'iarz-'vxlas-fuser-Wülste nach der .ürfindong sind ohne weiteres modernen i-erstellun-nsverfahren für Reifen anzupassen und leicht für die üblichen ütahl^-ulstdrähte in der wulst des Reifens einzusetzen. Das Haften der neuen. i//ül::ite am 3-unini wird onne weiteres mit normalen Reifenkleberii, wie Resorcinol-iormaldeliyd-Latex, als Rj?L bekannt, mit Ibenolnarsen, cnloriertem Gummi und Isocyanat-Klebern, erreicht. .

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Claims

Ansprüche :

/ 1*)Reifenwulstverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Reifenform aus laufend gewundener, in Epoxyharz getauchter, durchgehender fadenförmiger Glasfaser hat, die 8 bis 40 Gewichtsprozent Epoxyharz und 92 bis 60 Gewichts-. prozent Glasfaser hat.
2. Gummiluftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß er als Verstärkung des Wulstes anstelle eines üblichen Stahlwulstdrahtes eine reifenförmige Struktur aus laufen gewundener, in Epoxyharz getauchter, durchgehender fadenförmiger Glasfaser mit einem Gewichtsanteil von β bis 40 $a Harz und von 92 bis 60 % Glasfaser hat,

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