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Elastischer Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder
und dgl. sowie Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen elastischen
Reifen für Fahrzeugräder, Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. sowie Verfahren
zu seiner Herstellung.
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Reifen der erfindungsgemäßen Art weisen eine poröse Innenseele und
in der Außenschicht eine bei Betrachtung mit dem unbewehrten Auge massiv erscheinende,
jedoch feinporige Struktur auf.
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Bei der Herstellung von langgestreckten Formkörpern, bei denen eine
poröse Innenseele von einer massiven Gummischicht umhüllt wird, geht man in der
Regel von zwei verschieden aufgebauten Gummimischungen aus. Die eine dieser Gummimischungen
enthält Blähmittel, während die andere, in der Regel außenliegende Gummischicht,
blähmittelfrei aufgebaut ist. Bei der Herstellung des Formkörperrohlings muß der
Volumenzunahme durch die Blähung der Innenseele Rechnung getragen werden, d.h. also,
daß der Formkörperrohling bei einer Vulkanisation in einer Form diese zunächst nicht
voll ausfüllen darf. Bei einem solchen Herstellungsverfahren treten hinsichtlich
der Vulkanisation Schwierigkeiten insofern auf, als eine festeVerbindung zwischen
poröser Innenseele und massiver Außenhaut nicht immer zu erreichen ist. Werden die
Formartikel dgnamisch beansprucht, wie dies insbesondere bei Fahrzeugreifen der
Fall ist, so machen sich selbst dann Ablösetendenzen zwischen Innenseele und Außenhaut
bemerkbar, wenn eine Vulkanisationsverbindung zwischen Innenseele und Außenhaut
stattgefunden hat.
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Diese Erscheinung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß ein
Teil der vom Blähmittel freigesetzten Gase sich vorzugsweise an der Grenzfläche
zwischen poröser Innenseele und massiver Außenhaut festsetzt, möglicherweise auch
in die Grenzfläche der massiven Außenhaut eintritt, und die Verbindung zwischen
Innenseele und Außenhaut schwächt.
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Aus diesen Gründen wohl haben sich die nach bisher bekannten Herstellungsverfahren
für die Herstellung von dynamisch beanspruchten Formkörpern gefertigten Fahrzeugreifen
mit poröser Innenseele nicht bewährt und konnten sich nicht durchsetzen.
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Durch die Erfindung nun wird ein elastischer Reifen für Fahrzeugräder,
Gleiskettenführungsräder, Reibräder und dgl. aus Gummi oder gummielastischen Kunststoffen
mit poröser Innenseele und einer Außenschicht geschaffen, bei dem der Gesamtquerschnitt
des Reifens eine poröse Struktur aufweist, in der Weise, daß in der etwa 1/10 bis
2/3 des Querschnittshalbmessers einnehmenden Außenschicht eine mit dem unbewehrten
Auge nicht oder kaum wahrnehmbare Porosität vorhanden ist und der mittlere Porendurchmesser
und/ oder die Zahl der Poren in der Seele größer ist als in der Außenschicht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
ein Reifen geschaffen, der im Grenzbereich zwischen Außenschicht und Seele eine
Ubergangszone mit von außen nach innen steigender Porosität enthält.
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Durch die Feinporosität der Außenschicht wird einerseits die Rutschsicherheit
verbessert, da die Lauffläche stets mit angeschnittenen Poren versehen ist und diese
eine bessere Bodenhaftung bewirken, andererseits aber weisen die erfindungsgemäßen
Reifen einen geringen Rollwiderstand und gute Federungseigenschaften auf.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reifen erfolgt vorteilhaft in
einem die Wärmewanderung zur Steuerung der Vulkanisation bzw.
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Vernetzung ausnützenden Verfahren, indem eine Form, die gegenüber
dem Sollquerschnitt des fertigen Reifens um 10 - 30 X unterdimensioniert ist, mit
einem Beifenrohling aus einer blähmittelhaltigen Mischung aus Kautschuk oder vernetzbaren
Kunststoffen, die weiter die üblichen Mischungsbestaildteile und Zuschlagstoffe
enthält, ausgefüllt wird, nach dem Schließen der Form die Vernetzung eingeleitet
und
nach Erreichen eines Vulkanisationsgrades, in dem der Außenbereich voll vernetzt,
der Innenbreich Jedoch nur anvulkanisiert-und das Zentrum möglichst noch unvulkanisiert
ist, wieder abgebrochen wird, worauf nach dem Entformen des Formkörpers das Blähmittel
gegebenenfalls durch weitere Wärmezufuhr zur Entfaltung gelangt und die Vernetzung
des dadurch vergräßerten Formkörpers zuende geführt wird.
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Die für die Herstellung der Formkörper erfindungsgemäß verwendeten
Formen werden entsprechend der vorausberechenbaren Volumenzunahme unter der Wirkung
des Blähmittels unterdimensioniert ausgelegt verwendet. Für die Herstellung des
Formkörperrohlings werden blähmittelhaltige Mischungen auf der Grundlage der oben
genannten Polymeren verwendet, die ggf. ganz oder teilweise mit einer blähmittelfreien
Mischung gleichen oder anderen Aufbaus umhüllt sein können um in einzelnen Bereichen,
z.B. im Bereich der Auflagefläche auf die Felge, in an sich bekannter Weise besondere
Effekte zu erzielen.
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Uberraschenderweise wurde gefunden, daß bei Anwendung des erfinfungsgemäßen
Verfahrens die Herstellung des Formkörperrohlings wesentlich vereinfacht werden
kann, indem diese aus einer einheitlichen blähmittelhaltigen Mischung hergestellt
werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß man die Vernetzung so einstellt,
daß zum Zeitpunkt des Entformens, in dem das Blähmittel wirksam wird, die Verfestigung
in den Außenbereichen des Formkörpers so weit fortgeschritten ist, daß selbst nach
einer Zersetzung des Blähmittels eine Aufblähung dieser Außenbereiche nicht mehr
stattfinden kann. Das aus dem Blähmittel abgespaltene Gas bildet kaum sichtbare
Poren, während mit zunehmender Entfernung von der Außenfläche der Vulkanisationsgrad
abnimmt und gleichzeitig der mittlere Porendurchmesser wächst. Durch die Steuerung
des Vulkanisationsgrades in Abhängigkeit von der Wärmewanderung auf diese Weise
Formkörper hergestellt werden, die eine massiv
erscheinende Außenschicht
aufweisen, wobei diese Außenschichtüberraschenderweise keine nennenswerte Porenbildung
aufweist.
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Die in erfindungsgemäßer Weise vorvernetzten Formkörper werden der
Form entnommen, die noch nicht vernetzte Innenseele zur Expansion gebracht und anschließend
die Vernetzung in an sich bekannter Weise weitergeführt.
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Die Dicke der sich ausbildenden massiven Außenschicht kann in Abhängigkeit
vom Maß der ersten Vernetzungastufe gesteuert werden.
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Die Dicke dieser massiven Schicht kann 50 X des ursprünglichen Formkörperradius
erreichen oder diesen Betrag sogar überschreiten.
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Die poröse Innenseele weist eine überwiegend-geschlossenzellige Feinstruktur
auf. In der Grenzzone zwischen massiver Außenschicht und poröser Innenseele bilden
sich feinere Poren aus, als im Zentrum der Innenseele. Dies ist darauf -zurückzuführen,
daß beim Abbrechen der ersten Vernetzungsstufe im Inneren des Forikörpers in der
erwähnten Grenzzone eine Anvnlkanisation stattgefunden hat, die einer Expaßsion
des Blähmittels teilweise entgegenwirkt0 Damit wird ein allmählicher, die Festigkeit
der Verbindung zwischen poröser Innenseele und massiver Außenschicht erhöhender
Ubergang geschaffen.
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Die bei gegebener-Vulkanisationazeit und -temperatur bei einer bestimmten
Mischung nach dem Entformen eintretende Volumenvergrößerung ist annähernd konstant.
Diese Konstante kann für die Dimensionierung der Formen zur Erzielung von Formkörpern
bestimmter Abmessungen zugrundegelegt werden. Die Konstante läßt sie in einfacher
Weise empirisch ermitteln.
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Als Elastomere im Sinne der vorliegenden Erfindung sind neben Naturkautschuk
auch Synthesekautschuk wie Butadienstyrolcopolymerisate, Butadien-acrylnitrilpolymerisate,
Butylkautschuk und dgl.
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sowie sterospezifische Polymere und auch Polyurethan-Elastomere verwendbar.
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Die Mischungsherstellung erfolgt nach der in der Kautschukindustrie
üblichen Weise.
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Als Blähmittel werden vorzugsweise solche verwendet, die bei oder
in der Nähe der Vernetzungstemperatur zur Entfaltung kommen, wie z.B. das Dinitrosopentamethylentetramin,
die Sulfohydrazde, z,B.
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das Benzolsulfohydrazid und dergl.
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Das vorliegende Verfahren ist nicht an die Art eines bestimmten Blähmittels
gebunden. Die Auswahl der Blähmittel erfolgt vielmehr in erster Linie im Hinblick
auf die Zersetzungstemperatur und Zersetzungsgeschwindigkeit.
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In erfindungsgemäßer Weise hergestellte Vollreifen zeigen überraschenderweise
einen verringerten Rollwiderstand, eine niedrigere Wärmebildung im Gebrauch und
einen höheren Fahrkomfort gegenüber Massivreifen.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher
erläutert: Ausführungsbeispiel 1: Eine Naturkautschukmischung folgenden Aufbaus
NK 100,-Weichmacher 7,50 Stearinsäure 1,50 Füllstoffe 71,-Schwefel 2,40 Beschleuniger
1,70 Zinkweiß 4,-Blähmittel 1,50 Harnstoffderivate 1 ,-wird entsprechend der Formendimensionierung
zu einem Rohling vorgeformt und mit den so erhaltenen Rohlingen die Formennester
einer Mehrfachform gefüllt. Die Füllung der einzelnen Formennester ist dabei so
dimensioniert, daß ein geringer Austrieb beim Schließen
der Formen
erfolgt. Die Formen werden schnell auf Vulkanisationstemperatur aufgeheizt. Bevor
die Vulkanisation das Zentrum des Rohlings erreicht hat, wird in Abhängigkeit von
der gewünschten Außenschichtdicke entformt und in entformten Zustand nach in der
Kautschukindustrie üblichen Methoden die Vulkanisation zu Ende geführt. Beim Entformen
tritt eine Volumenvergrößerung um etwa 10 - 20 % ein. Das Maß dieser Volumenvergrößerung
ist abhängig von der Dimensionierung der hergestellten Formkörper, von der Vulkanisationszeit*
-temperatur und vom Blähmittelgehalt der Mischung. Die Formkörper zeigen im Zentrum
eine fast kreisrunde, sichtbar poröse Innenseele mit einer engbegrenzten Ubergangszone,
in der eine feinere Porosität deutlich erkennbar ist. Im Außenbereich sind die Poren
in der HaM$sache nur mit einer stark vergrößernden Lupe erkennbar.
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Ausführungßbeispiel 2.: Eine Kautschukmischung wie im Beispiel 1,
jedoch anstelle von Naturkautschuk mit Butadien-Styrol-Copolymerisat mit 28 % Styrol
wird in der im Ausführungsbeispiel 1 angegebenen Weise verformt und behandelt. Der
erhaltene Formkörper entspricht demnach Beispiel 1 erhaltenen.
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Bei einer genauen Betrachtung des Formkörperquerschnitts ist feststellbar,
daß die poröse Innenseele in ihrer äußeren Randzone eine poröse Feinstruktur aufweist
und die Porengröße nach dem Zentrum hin leicht und stetig anstsigt. Es kann angenommen
werden, daß dieser Ubergang die außerordentliche dynamische Festigkeit bedingt.
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In der die poröse Innenseele umgebenen Außenschicht sind, obwohl auch
sie ursprünglich blähmittelhaltig war, Poren mit dem unbewehrten Auge kaum feststellbar.
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Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das Verfahren auch
für die Herstellung von Schichtkörpern anzuwenden.
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So ist es beispielsweise möglich, bei der Herstellung von Fahrzeugreifen
die Laufflächenebene mit einer besonders abriebfesten Gummischicht zu versehen.
Es ist auch möglich und liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei
Fahrzeugreifen z.B. im Bereich des Reifenbodens und/oder in den mit den Felgenhörnern
nach der Radmontage in Berührung kommenden Zonen Verstärkungsschichten aus Kautschukmischungen
besonders hoher Scherfestigkeit oder Kerbzähigkeit anzubringen. In diesen Fällen
sollte die Schichtdicke der aufgebrachten verstärkenden Kautschukmischungen nicht
größer sein als die Schichtdicke der zu erwartenden massiven Außenschicht. Dadurch
wird gewährleistet, daß eine sichere Verbindung zwischen den nach den erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten, nicht porösen Material der Außenzone und der Auflage hergestellt
wird.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Eine Form, z.B. Reifenform, mit dem in der Zeichnung dargestellten
Querschnittsprofil wird mit einer blähmittelhaltigen Sautschuk-Mischung voll ausgefüllt.
Die Form ist gegenüber dem zeichnerisch dargestellten Profil um etwa 10 bis 20 %
unterdimensioniert.
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Nach dem Einleiten der Vulkanisation bildet sich innerhalb der Form
zunächst die massive Außenschicht 2 aus, sodann wird entformt Bei der Entformung,
spätestens aber bei weiterer Wärmezuführung bis auf einen Wert nahe der Vulkanisationstemperatur
kommt nunmehr das Blähmittel im Bereich 1 zur Entfaltung und hat eine Volumenvergrößerung
des Rohlings um etwa 10 bis 20 % zur Folge.
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Wie schon erwähnt, bringt die vorliegende Erfindung besondere Vorteile
bei der Herstellung von dynamisch beanspruchten Formkörpern aus Elastomeren, die
eine poröse Innenseele aufweisen, wie z.B. bei Vollgummireifen, Rollen, dynamisch
beanspruchten ProfiZn irgendwelcher Art in der Maschinenbautechnik, Dichtungen,
Schnünn und dergl.