DE1755301A1 - Fahrzeugluftreifen mit verbesserter Waermeleitrahigkeit - Google Patents

Description

• Fahrzeugluftreifen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit - Die Erfindung betrifft Fahrzeugluftreifen, deren auf vulkanisiertem Kautschuk aufbauende Teile und insbesondere deren Laufflächen sich durch eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit und damit durch eine geringere Wärmeentwicklung im Betrieb auszeichnen. Die Laufflächen von Reifen hoher Tragfähigkeit, insbesondere also von LKW-Reifen, erreichen in den Schulterzonen oftmals Dicken von einigen Zentimetern. Während des Betriebes kommt es häufig vor, daB sich diese Reifen stark erwärmen, wobei die Wärmeentwicklung in den Schulterpartieen ihren Anfang nimmt und auch hier die höchsten Werte erreicht. Es wurden bereits Schultertemperaturen von 150 bis 160°C gemessen. Derartige Reifen wurden nach einer durchschnittlichen Betriebs-Bauer von 50 Stunden durch Lauffläehentrennung vorzeitig zerstört. Die Erfindung hat sich die allgemeine Aufgabe gestellt, die Temperaturentwicklung in Fahrzeugluftreifen und insbesondere in den Laufflächen zu verringern. Als geeignete Maßnahme wird dabei im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, die Wärmeleitfähigkeit des Kautschukanteiles zu erhöhen, ohne gleich-zeitig eine Beeinträchtigung der an sich erwünschten, insbesondere guten Abriebseigeneahaften dabei hervorzurufen. Im

  Rahmen der 'Erfindung ist dabei insbesondere die Entwiciäut,

  einer Laufflächenmischung angestrebt worden, die durch den

  Zusatz einer Komponente mit den folgenden Eigenschaften ge-

  kennzeichnet sein sollte:

  1. Extrem gute Wärmeleitfähigkeit schon in geringer Konz®n-

  tration. . "

  2. Keine oder unwesentliche Beeinflussung der inneren Reibung

  tan a und des dynamischen Blastizitätsmoduls EI,

  3. Chemisch inert speziell In Hinblick auf Vulkanisationevor-

  gänge,

  . Möglichst pulverförmige Konsistenz. .

  5. Niedriger Preis. -

  Als Lösung dieser Aufgabenstellungen schlägt die Erfindung

  vor, den Kautachukmisahungen@Graphit zuzusetzen.

  Die Verwendung von Graphit in Gummimischungen isst an sich'

  bekannt und schon für die verschiedenartigsten Anweridungs-

  zwecke vorgeschlagen mrden. So werden beispielsweise Graphit

  "enthaltende vulkanisierte Kautschuke bei, den neuerdngeln

  Mode gekommenen Streifenableitern eingesetzt. Weitaus zahl-

  reicher sind die Vorschläge fair die Verwendung von graphlt-

  gefüllten Gummimischungen in der Biektroindustrie. Alle diese

  Vorschläge machen Gebrauch von der elektrischen Leittghigkeit

  des Graphits, die beispielsweise auch nach einem Weitete Vor=`

  schlag aus dem Stand der Tbaboik zur Ableitung von elektro-

  statischen Ladungen aua Beif%n dadurch eingesetzt wird, da8

  im Innern des Reifens oder des Schlauchas eine Schicht oder,'

  ein Film aus elektrisch lei_ terdee Material.,, nbesieaI,ee

  Graphit, aufgebracht wird. Bekamt ist schließlich. auch eine

  Gummi-Graphit-Zement-Mischung als Wand- oder Fußbodenbelag. Wie ersichtlich, berührt keiner dieser Vorschläge die erfindungsgemäße Aufgabenstellung der Beeinflussung der Wärmeentwicklung in Fahrzeugluftreifen. Hierfür ist vielmehr beispielsweise vorgeschlagen, besondere konstruktive Maßnahmen einzusetzen, Am bekanntesten ist wohl der Aufbau der Lauffläche in "cap and bass: Hierbei baut man zunächst eine weichere Laufflächenmischung, bass genannt, mit geringerer innerer Wärmeentwicklung auf die Karkasse auf. Darauf wird eine hoch abriebfeste Nisehung, eap genannt, aufgelegt, die naturgemäß einen höheren Wärmeanteil liefert. Allgemein bekannt ist auch die Beeinflussung der Wärmeentwicklung durch bestimmte Steuerung des Vulkanisationsablaufes. Das Neuartige des erfindungsgemäßen Konzeptes liegt demgegenüber darin, daß zur Lösung des an sich bekannten Problems der Zusatz einer Komponente mit den bestimmten geschilderten Eigenschaften zum Kautschuk enthaltenden Gemisch vorgeschlagen wird. Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Fahrzeugluftreifen aus vulkanisiertem Kautschuk mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit, der insbesondere für die Verwendung unter hoher Belastung geeignet ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß er homogen in den Kautschuk und insbesondere in die Reifenlauffläehe eingearbeitet Graphit enthält. Graphit hat sich als der Stoff erwiesen, der in seinen in der Aufgabenstellung zerrissenen physikalischen Eigenschaften den Voraussetzungen fUr die erfirdungsgemUe Lösung ideal entspricht. Seine Wärmeleitzahl ist mit hoch (i4 Vergleich dazu Zur inneren Reibung und zum dynamiaohen Elastisitgtaaoäul hat sich her- ausgestellt, da8 Kautaohuiaisohungen mit Graphit und Ruß als Füllstoff praktisch,gleichgroße Werte fßx' die innere Reibung tan a und den dynamischen Blastizitätsmodul Ei besitzen, wie ausschließlich mit Ruß gefüllte Mischungen. Der Graphit ist weiterhin inert in Bezug `auf vulkanisierbare Kautschischungen. Er yliegt in der Praxis als"` feines Pulver vor und ist in dieser Weise leieht:in die Kautschukmischung eintarbeiten. Sein Preis ist mäßig und liegt ungefähr bei dem von Ruß niedriger Qualität.
• Erfindungsgemäß soll der Graphit in,homogener Dispersion in das Kautschukgemisch eingearbeitet sein. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Rutschfestigkeit der vulkanisierten Mischung nicht vermindert wird und ebenso keine Soimierwirkung auftritt.@Die homogene Durchmischung des Kautschuks mit dem Graphit stellt sicher, daB keine unerwUnsehte-ülsit«-wirkeng auftritt. Die bekannten entsprechenden physikalischen Gleiteigenschaften des Graphits werden gewissermUen blockiert; während sich die auf der hohen Wärmeleitfähigkeit des Gra- phits aufbauenden Eigenschaften voll auswirken ktlzsnen.

  Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung reichen

  geringe Mengen des Graphits aus. In der Regel werden "5 bis

  15 Gew. -Teile Graphit, bezogen auf .100 Gewö -Teile Kauteehuk,

  eingesetzt. Besonders zweckmäßig ist der Zusatz von S bis

  12 Gew.-Teilen Graphit auf 100 ßew.-Teile Kautschuk. Hierbei

  ist der Graphit lediglich als Zusatz anzusehen, der keine

  sonstige Verschiebung in der Zusaatrensetzung der zu vulka-

  nisierenden Reiferisohung notwendig macht. Der Graphit wird

  einfach den üblichen Ausgangsmsterialien zugeschlagen und

  es besteht insbesondere keine Notwendigkeit, ein bestimtes

  Graphit-Ruß-Verhältnis einzustellen. FUr die Einarbeite

  des Graphits in das zu vulkanisierende Kautschukgemisch, sitsd

  "keine besonderen Vorsichusma@lnasrmsen notwendig. Zweckmäßiger-

  .weise wird der Graphit zuesmcsn mit dem Ruß entsprechend der

  Rußzugabe beigemiacht,- d.h. also ilabesondere au dem flW .den

  Ruß üblichen Zeitpunkt bei der Herstellung der zu vulkanisierenden Gesamtmischung. Es kann dabei natürlicher oder synthetischer Graphit eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung wird in der Regel dem synthetischen Graphit wegen dessen größerer technischer Reinheit der Vorzug gegeben werden. Insbesondere sind dabei die als ''technisch rein" bezeichneten Qualitäten an Synthesegraphit geeignet. Der Graphit soll dabei als feines Pulver vorliegen, damit eine homogene Dispergierung und gleichmäßige Durchsetzung des Kautschukmaterials möglich ist. Insbesondere werden hier Pulver eingesetzt, deren Siebanalyse bei 270 mesh weniger als 0,1 $ ergibt. Wie bereits ausgeführt, ist die Verwendung der Graphit enthaltenden Kautschukgemische von besonderer Bedeutung bei den Laufflächenmischungen. Die Hauptwärmeentwicklung tritt ja tatsächlich in der Lauffläche ein. Hierbei kann es insbesondere in den relativ dicken Schulterteilen zu einem Wärmestau kommen, der durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Materials beseitigt werden kann. Es tritt dabei erfindungsgemäß vermutlich nicht nur eine verbesserte Verteilung der entwickelten.Wärmeenergiebeträge im gesamten Reifenmaterial auf, möglicherweise ist auch eine verbesserte Ableitung der Wärmeenergiebeträge in die Straßenoberfläche ermöglicht. Das erfindungsgemäße Prinzip der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kann selbstverständlich mit den bisher bekannten Maßnahmen zur Verringerung des Wärmestaus bzw. zur verringerten Wärmeentwicklung in Fahrzeugluftreifen kombiniert werden. Die Erfindung ist besonders wichtig ftlr das Gebiet der Kautsohuktypen, die in besonderem Maße zu dynamischer Wärmeentwioklung neigen. Die Bedeutung des Graphiteinbaus nimmt dabei in der Regel mit der Tendenz des Reifenmaterials zu, aufgrund des Misahungeaufbaus erhöhte dynamische Dämpfung zu zeigen. Beispiels Es wurden dreimal je zwei miteinander zu vergleichende Kaut- schukgemische hergestellt, wobei das jeweilige Ce-!nisch (a) ein konventionelles, rußverstärktes Kautschukgemisch ist, während das jeweils zugehörige Gemisch (b) Graphit enthält. Mit diesen Mustern wurden dann unter jeweils vergleiahbeen,' Bedingungen Fahrzeugluftreifen hergestellt,.die ansahllegend auf ihre Wärmeentwicklung ausgeprütt wurden.
• Die Angaben Uber die Zusammensetzung und die AusprUftuig der jeweiligen Materialien sind in der folgenden Tabelle eusammengefaßts

  Tabelle

  Misohungs Graphit- Max.Temp. 8ohultertemp. Temp. Absehkg.

  Nr. anteil (Heizzykl.)

  (ßew.-Teile) oc oC OC

  1 a o 138 114 15 13

  1 b 8,5 138 99

  2 a 0 138 144

  2 b 8"5 138 126 18 ' 13

  -3 $ 0 153 163 4

  3 b 8,5 15 149

  w1141111rw1@#WrW IIr1#rn1@i1W PIr1VInrIW ##

  Die Tabellenwerte zeigen, daß die Schultertemperaturen durch ßraphitbeimisahung um. ungefähr l0 J gesenkt werden koMt*a. Damit lagen die Tetaperaturen in Betrieb außerhalb des kriti# schon Bereiches, innerhalb - dessen eine Lauf fläoheritrenntng infolge zu hoher Temperaturentwioklnng su befUrohten lote 1. Prüfung auf dem Rollenprüfstand (Labor) Auf einem eigens hierfür entwickelten Gerät wird eine zylinderförmige Gummiprobe (7,4 cm Durchmesser und 4,9 cm Länge), die sich fest auf einer Stahlwelle befindet (Vermeidung von Schlupf) durch einen Elektromotor in Rotation versetzt. Ein zwischen Motor und Probenwelle befindliches Getriebe gestattet dabei die Einstellung von drei Geschwindigkeitsstufen. Gegen die Gummirolle kann eine in Lagern sehr geringer Reibung laufende antriebsfreie Stahlrolle gedrückt werden, die mit einem in Längeneinheiten geeichten Hebelarm starr verbunden ist. Ein auf dem Hebelarm laufendes Gewicht ermöglicht die Variation des Anprefldruckes. Neben dieser Prüfbedingung "konstanter Last" kann das Gerät auch mit "konstanter Verformung" gefahren werden. Hierbei wird für die zu prüfenden Gummizylinder eine konstante Eindrucktiefe (mm) eingestellt. Mit Hilfe einer Rändelschraube erfolgt diese Einstellung für den voll belasteten Hebelarm, der dann an seinem Ende fest abgestützt ist. Die Aufbringung der vollen Last verhindert zuverlässig jede Änderung der gewählten Eindrucktiefe. Die während des Betriebs an der rotierenden Gummiprobe erfolgenden Verformungen der Kontaktstelle Gummizylinder / Stahlrolle bewirken, ähnlich wie beim rollenden Reifen, einen Temperaturanstieg unter dynamischer Belastung. Das Ansteigen der Temperatur wird mit Hilfe eines in konstantem Abstand von der Probe montierten Strahlungspyrometers ermittelt und über einen Temperaturschreiber registriert. Da bei diesem Prinzip die Oberflächentemperatur und nicht die im Inneren der Probe anfallende Maximaltemperatur gemessen wird, wird diese Einrichtung lediglich zur Feststellung der Gleichgewichtstemperatur (kein weiterer Temperaturanstieg) benutzt. Aufgrund vorher durchgeführter Orientierungsversuche wird nach Abschalten des Antriebsmechanismus mit einem geeichten Einstichpyrometer an acht über den Probenumfang verteilten Stellen die tatsächliche Innentemperatur bestimmt. Das Mittel aus diesen acht Meßwerten gilt als jeweiliges Ergebnis. Prüfbedingungent 740 U/Min., 55 kp konstante Last Auf diese Weise werden Mischungen gleichen Aufbaus; gemessen, wovon die eine Graphit enthält, die andere dagegen graphitfrei ist.

  Versuch Nr. 1) 2)

  RSS-5 65 65

  IR 305 20 20

  1,4 eis HR 5 5

  Renaeit IV 0,05 0,05

  HAF-Ruß 46 46

  Stearinsäure 3 3

  Zink Oxid 5 5

  Verstreekungsöl 11,85 11,85

  4010 NA 1,5 1,5

  Vulkae it MOZ 0,8 0,8

  Schwefel 2,1 2,1

  Graphit-Pulver - 8,5

  169,70 178, 2o

  Die unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen ermitte.1 ten Resultate sind die folgenden:

  Mischunge-Nr. Gleichgewichtstemp. t At

  °C OC

  1) 114 14 , 1:2

  2) 100

  1) 114 15 3

  2 ) 99

  2, Versuche am Reifen: Den Reifenversuchen lagen LKW-Reifen der Dimension 12.00-20 Cargo 18 PR zugrunde. Konstruktiv sind diese Reifen mit einer Diagonalkarkasse aus Reyon ausgerüstet. Die Prüfläufe fanden auf einem handelsüblichen Prüfradstand (z.B. Hasbach/Bergiseh-Gladbach oder Schenek/Darmstadt) statt. Prüfbedingungen: 6,5 atü konstanter Reifenluftdruck, 2500 kp konstante Last, Geschwindigkeit 60 km/h. Messung der Schultertemperatur vermittels Einstiehpyrometer nach 2 1/2 und 4 1/2 Stunden. In der Regel erfolgt im Zeitraum von 2 1/2 bis 4 1/2 Stunden kaum noch ein Temperaturanstieg, so daß diese Zeitwahl lediglich aus Sicherheitsgründen erfolgt. Als Schultertemperatur gilt die Endtemperatur. Als Laufflächenmischungen werden auch hier gleichartige Rezepturen mit und ohne Graphit eingesdmt.

  Rezepturen:

  Mischungs-Nr. 3)

  RSS-4 - -

  RSS-5 8o 80

  IR 305 - -

  1,4 cis HR 20 20

  Renacit IV 0, 05 0,05

  ISAP-Ruß 46 46

  HAP-Ruß - -

  Yerstreokungsöl 11,55 11,55

  Stearinsäure 3 3

  Zink Oxid 5 5

  4olo NA 1s5 1,5

  Yulkaait MOZ 0s 57 0,57

  Schwefel 2,1 2,1

  Graphit-Pulver - -8@ 5

  169s77 178s27

  Folgende Ergebnisse wurden auf dem-Prüfstand gemessen:

  Mischungs-Nr. Schultertemp. a t & t

  0C/495 h oC

  A 3) 163 1j4 9 .

  149

  3) 144 18 13

  126

  Die mit A bezeichneten Gruppen Wurden mit einer maximalen Temperatur von 153°C, die mit B gekennzeichneten mit einer solchen von 138 °C vulkanisiert.

Claims (4)

1. Patentansprüche r1#. Fahrzeugluftreifen aus vulkanisiertem Kautschuk mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für die Verwendung unter hoher Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß er homogen in den Kautschuk und insbesondere in die Reifenlauffläche eingearbeitet Graphit enthält.
2. 2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine geringe Menge des Graphits im vulkanisierten Kautschuk, insbesondere in der Lauffläche, vorliegt, die vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-Teile je 100 Gew.-Teile Kautschuk beträgt und zweckmäßigerweise innerhalb des Bereiches von 8 bis 12 Gew.-Teilen liegt.
3. 3. Luftreifen nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß technisch reiner synthetischer Graphit zugesetzt ist.
4. 4. Luftreifen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit in feiner Pulverform zugesetzt ist, die insbesondere bei der Siebanalyse einen Gehalt an 270 mesh weniger als 0,1 % zeigt.