DE2129757C2

DE2129757C2 - Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens

Info

Publication number: DE2129757C2
Application number: DE2129757A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1988-04-14
Also published as: CA937144A; JPS5754301B1; GB1354608A; FR2099550B1; US3775528A; DE2129757A1; FR2099550A1; ES393530A1; GB1354609A; ZA713571B; SE381218B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus dem DE-GM 19 84 931 bekanntgeworden. Nach der dortigen Lehre besteht die Lauffläche aus Kautschuk und der Unterbau atss Polyurethan. In die Lauffläche bzw. den Laufstreifen ist direkt dit dünne Schicht in Form eines Gürtels eingebettet. Nachteilig !..acht sich jedoch bei einem derartigen Verfahren bemerkbar, daß die Lauffläche und die Karkasse sehr schlecht miteinander verbunden werden können, da Haftungsprobleme bestehen. Im weiteren Stand der Technik hat man deshalb auch schon mechanische Verriegelungssysteme eingesetzt, um eine sichere Verbindung zu erzielen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren, die mit mechanischer Verankerung arbeiten, ist der relativ hohe Raumbedarf der eingesetzten mechanischen Mittel.

Demgegenüber liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß es die eben geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine sichere Verbindung zwischen dem üblichen Laufflächenmaterial und der aus Polyurethan bestehenden Reifenkarkasse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird grundsätzlich und erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst. Im Gegensatz zum eingebetteten Gürtel des DE-GM 19 84 931 wird erfindungsgemäß eine Zwischenschicht unmittelbar am inneren Umfang der Lauffläche befestigt, die sowohl am Laufflächenmaterial als auch am Polyurethan angrenzt und an beiden gut anhaftet. Die besonders hervorragenden Haftungseigenschaften werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die aus einem Fasergewebe bestehende Zwischenschicht vor dem Aufbringen de,- Polyurethanreaktionsmischung auch noch an der an den Unterbau angrenzenden Seite aufgerauht wird. Während das Gewebe aus Kunstseide, Nylon oder Polyester bestehen kann, und somit einen chemischen Verbund zur Lauffläche und zum Polyurethan gewährleistet, wird durch die Vielzahl der aufgebrochenen bzw. aufgerissenen Einzelfasern der Fasergewebe-Zwischenschicht eine mechanische Verbindung hergestellt Die mit dem üblichen Laufflächenmaterial verbundene Zwischenlage wird unter Anwendung gebräuchlicher Cordtauchmittel, die z.B. ein Resorcinol-Formaldehydharz und eine Latex enthalten, befestigt

Das Zusammenhaften mit dem Polyurethan wird dadurch erreicht, daß die Cord- bzw. Gewebezwischenschicht soweit aufgeschlagen, aufgebrochen bzw. aufgerissen wird, daß die Fasern, aus denen die

ίο Zwischenschicht besteht, freigelegt werden, worauf das Polyurethan unter Fliehkraftwirkung eingegossen wird und mit dem aufgeschlagenen Cordmaterial in Beirührung kommt. Anschließend wird das Polyurethan vulkanisiert, wobei sowohl ein mechanischer als auch ein chemischer Verbund entsteht, letzterer infolge der Reaktion zwischen den Isocyanat-Endgruppen des Polyurethan und dem aktiven Wasserstoff der Kunsteeide, des Nylons oder des Polyestermaterials. Bei der Kunstseide geschieht die Reaktion mit den Isocyanatgruppen vermittels der OH-Gruppen. Nylon ist etwas weniger reaktionsfreudig mit seinen Amid-Gruppen (CONH₂). Im Falle des Polyestermaterials bestehen die reaktionsfreudigen Gruppen aus den OH-Gruppen und den COOH-Gmppen, die vornehmlich an den Kettenenden sitzen. Daher haben solche Ketten weniger Stellen, an denen eine Bildung entstehen kann. Wie aber auch die genaue chemische Reaktion sein mag, auf jeden Fall wird bei dem Verfahren nach der Erfindung eine hervorragende chemische und mechanische Verbindung zwischen einer Lauffläche üblichen Materials und einer aus gießfähigem Polyurethan hergestellten Karkasse erzielt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die

Fig. I und IA zeigen in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Einrichtung zur Herstellung einer Reifenlauffläche.

F i g. 2 zeigt etwas verkleinert °ine Seitenansicht der Einrichtung gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 der Fig. I.

Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. I einen Schnitt durch einen Teil der Einrichtung und veranschaulicht das Aufbringen der neuartigen Zwischenlage- bzw. -schicht auf den Außenumfang des ringförmigen Schlauches.

Fig. 4 veranschaulicht in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3 das Aufbringen eines ringförmigen Bandes aus Laufflächenmaterial auf die Zwischenschicht.

Fig. 5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie die Fig.3 und 4 die Form zur Behandlung der Lauffläche in der Stellung, in der sie die Lauffläche allseitig umgibt.

Fig. 6 veranschaulicht, wie ein Druckmittel in den Schlauch eingeführt wird und dieser dabei das Laufflächenmaterial in die Laufflächenform hineinpreßt, so daß das Laufflächenprofil geformt wird.

Fig. 7 veranschaulicht vergrößert dargestellt einen Querschnitt durch eine aus der Form nach Fig.6 herausgenommene Lauffläche und läßt erkennen, wie die Innenfläche der Zwischenschicht aufgerauht worden ist. so daß ihre Gewebefasern freigelegt und aufgebrochen sind.

F i g. 8 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Fliehkraft-Gußform mit eingelegter, entsprechend F i g. 7 vorbehandelter Lauffläche.

F i g. 9 entspricht etwa der Darstellung gemäß F i g. 8

und zeigt, wie flüssiges polymeres Material in die Fliehkraft-Gußform eingegossen worden ist.

Fig. IO zeigt in der Form nach F i g. 8 und 9 hergestellten Reifen in schaubildlicher Darstellung und

teilweise im Querschnitt

F i g. 11 zeigt in größerem Maßstab einen Schnitt nach Linie 11-11 der F i g. 10.

Zur Herstellung des Laufflächenmaterials nach F i g. 7 dient die Einrichtung 20, die in den F i g. 1 bis 6 veranschaulicht ist. Das so erzeugte Laufflächenmaterial wird dann in der Einrichtung nach den F i g. 8 und 9 in weiter unten fiäher beschriebenen Weise τα dem fertigen Luftreifen (F i g. 10 und 11) verarbeitet In der in den F i g. 1 bis 6 veranschaulichten Einrichtung 20 hergestellte Laufflächen müssen nicht unbedingt in der Gußform nach den Fig.8 und 9 weiterverarbeitet werden, sondern können ohne weiteres auch dazu benutzt werden, abgefahrene Reifen neu zu besohlen.

Die Laufflächen-Gießeinrichtung 20 hat einen Ständer 22, mit einer Achse 24, die antreibbar ist aber auch undrehbare festgehalten werden kann. Ein zweiter Ständer 23 trägt eine Achse 25, die im Ständer axial verstellbar gelagert ist Ein aufweitbarer ringförmiger Schlauch o. dg!. 27 sitzt auf einem metallenen Halteglied 28, das mit einander gegenüberstehenden seitlichen Flanschrändern 29 versehen ist die dazu dienen, den Schlauch in seiner richtigen Lage zu sichern. Dieser ringförmige Schlauch besteht aus einem elastisch verformbaren Material und steht mit seiner inneren Umfangsfiäche mit dem Halteglied 28 in Berührung, während der äußere Umfang sich frei nach außen aufweiten kann, wenn durch eine Leitung 30 ein Druckmittel in den Schlauch eingeleitet wird. Die Achse 25 an dem gegenüberliegenden Ständer 23 dient zur Lagerung einer ringförmigen Laufflächenform 32, die den Schlauch 27 ringförmig zu umgeben vermag, wenn sie in Achsrichtung nach rechts (Fig. 1) im Sinne des Pfeiles 38 verschoben worden ist Diese Bewegung wird mittels eines Luftzylinders 35 bewirkt, der über eine Stange 36 die Laufflächenform 32 steuert. Wie die Zeichnung zeigt, weist die Form einen Hohlraum 33 auf, in den Dampf oder ein anderes Heizmitte! einführbar ist, mit dem die It-rtig geformte Lauffläche vulkanisiert werden kann.

Die erste Maßnahme bei der Herstellung eines Reifens ist in F i g. 3 veranschaulicht; sie braucht jedoch nicht angewendet zu werden, sofern eine Lauffläche üblicher Bauart zur Anwendung kommen soll. Wie F i g. 3 zeigt wird um den äußeren Umfang des ringförmigen Schlauches 27 eine besondere Lage 41 aus Gewebe- oder Cordmaterial herumgelegt, deren Beschaffenheit nachstehend noch genauer erläutert wird. Da die Ausdehnung der Zwischenschicht 41 in Umfangsrichtung im Verlauf des weiteren Verfahrens durch das Aufblähen des ringförmigen Schlauches 27 verlängert wird, ist es in der Regel zweckmäßig, die Enden dieser Lage 41 soweit einander überlappen zu lassen, wie es notwendig ist, um der Aufweitung Rechnung zu tragen, die sich beim Aufblasen des Schlauches ergibt. Der nächste Verfahrensschritt ist in F i g. 4 veranschaulicht: Es wird rings um die Außenseite des ringförmigen Schlauches 27 oben auf die Zwischenlage bzw, Zwischenschight 41 _sj_n Streifen 43 aus Laufflächenmaterial aufgelegt. Hierzu können die Achse 24 und der ringförmige Schlauch 27 gedreht werden. Der nächste Schritt ist in Fig.5 dargestellt: Durch Betätigen des Luftzylinders 35 wird die ringförmige Lauffläciienform 32 aus der Stellung nach Fig. IA nach rechts in die in Fig.5 veranschaulichte Lage überführt in der sie den Streifen 43 aus Laufflächenmaterial unmittelbar umschließt. Ist die Form in diese Lage gebracht worden, so wird durch die Leitung 30 ein Druckmittel in das Innere des Schlauches 27 eingeführt, was zur Folge hat, daß der Schlauch aufgeweitet und das Laufflächenmaterial in die in F i g. 6 dargestellte Lage gepreßt wird, in der es in der ringförmigen Laufflächenform, die das Laufflächenprofil trägt zu Hegen kommt Das zur Verwendung kommende Druckmittel, mit dem der ringförmige Schlauch aufgeweitet wird, kann eine bestimmte Temperatur haben oder aus Dampf bzw. heißem Wasser in oder aus beiden Stoffen bestehen, so daß es auf das vorgeformte Laufflächematerial vulkanisierend einwirkt Zu gleicher Zeit wird ein auf die geeignete Temperatur aufgeheiztes Arbeitsmittel zum Vulkanisieren der Reifenlauffläche in den Hohlraum 33 der Laufflächenform eingeführt Ist die Formung und das Vulkanisieren der Lauffläche beendet ra wird die Form 32 entgegen der Richtung des in F i g. 5 eingezeichneten Pfeiles zurückbewegt und der Schlauch entlastet worauf die fertige Lauffläche 47 von: Schlauch leicht abgenommen werden kann.

Wie schon weiter oben hervorgehoben, kann dieses Verfahren zur Herstellung normaler Reifenlauffläche dienen, die nicht nur bei Ausführung der weiteren Verfahrensmaßnahmen sondern auch zu anderweitigen Zwecken, z. B. zum Neuaufbringen von Laufflächen auf abgefahrene Reifen, benutzt werden können.

In F i g. 7 ist der nächste Verfahrensschritt nach der Erfindung veranschaulicht; er besteht aus dem mechanischen Aufrauhen der inneren Umfangsfiäche der jo Zwischenschicht 41. (Die hierzu verwendete Vorrichtung ist auf der Zeichnung nicht veranschaulicht.)

Diese Maßnahme verfolgt den Zweck, die Fäden bzw. Fasern 45 des Gewebes oder Cordmaterials, aus dem die Zwischenschicht besteht, aufzubrechen oder aufzureißen. Auf diese Weise wird eine flauschige, velvetartige von diesen Fasern gebildete Fläche erzeugt, deren Bedeutung noch näher erläutert wird. Das beste Verhältnis von Faserlänge zu Corddurchmesser be»rägt etwa 3:1. Das Ausmaß des Aufbrechens oder ■to Aufrei^ens kann nicht mathematisch genau festgelegt werden. Es kommt aber darauf an, daß soviel wie möglich Faseroberfläche freigelegt wird bei geringstmöglicher Zerstörung des Cordmaterials. Dies bedeutet eine Kompromißlösung, damit die Festigkeit der Zwischenschicht nicht unnötig zu Gunsten der Haftmöglichkeit geschwächt wird.

In den Fig.8 und 9 ist eine Fliehkraft-Gußform 54 dargestellt, die mittels einer Achse 57 drehbar an einem Ständer 56 gelagert ist. Diese Gußform besteht aus zwei Seitenhälften 59, die in geeigneter Weise auf der Welle 57 befestigt sowie an ihrem Umfang mittels Flanschen 60 und *k:lzen 61 miteinander verbunden sind. Ferner weist die Form in üblicher Weise einen Kern 62 auf, der die innere Umfangsfiäche des endgültigen Luftreifens festlegt. In die Fliehkraft-GuBform kann durch eine Öffnung 63 flüssiges polymeres Material eingeführt werden. Bei Anwendung dieser Gußform wird zunächst eine gemäß F i g. 7 ausgebildete Lauffläche 47, deren Zwischenschicht zur Freilegung der Cordfasern bzw. Fäden in radial nach innen gerichteter Form aufgerauht worden ist, in der in F i g. 8 dargestellten V^eise in die Gußform eingelegt. Dann wird die Form 54 in Drehung versetzt, bis sie etwa 1000 Umläufe pro Minute erreicht hat. Nunmehr wird ein flüssiges, gießfähiges polymeres Material durch die öffnung 63 in die Form eingefüllt. Unter der Einwirkung der Fliehkraft füllt dieses Material den Spaltraum zwischen den Seitenteilen 59 und dem Kern 62 aus und vervollstSnoigt so den

Luftreifen (Fig. 9). Fig. 9 läßt auch die aus Metal! bestehenden Wülste 65 erkennen, die üblicherweise im Reifen vorgesehen sind und vor Beginn des Gießvorganges in die Form eingesetzt werden. Wenn das flüssige harzartige polymere Material bei umlaufender Gußform 54 in diese eingeführt wird, gelangt es in innige Berührung mit den aufgelockerten Fasern 45 und vereinigt oder verankert sich fest in ihnen. Läuft die Gußform 54 mit 1000 Umdrehungen pro Minute um, so entsteht ein Fliehkraftdruck von etwa 6,3 kg/cm², der das polymere Material in die Fasern 45 hineintreibt. Dabei wird etwa eingeschlossene Luft mit Sicherheit ausgetrieben und der angestrebte innige Kontakt zwischen dem polymeren Material und den Fasern erreicht.

Die Zahl der im Zusammenhang mit den Vorschriften dieser Erfindung angewendeten harzartigen Stoffe ist

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\3\ cinuaifl UllUCgl CliZ.1. iyo.i i'itm-iiai, git.it.ngiduf. .. *. ■ eher Art, muß nur von dem Vulkanisieren flüssig sein. Natürlich muß es außerdem vulkanisierbar sein, wobei es gleichgültig ist, ob die Vulkanisation durch Anwendung von Hitze, durch Zusatz von Vernetzungsmitteln, mit Hilfe eines Katalysators, durch Kondensation, chemische Reaktion oder durch kombinierte Anwendung dieser Maßnahmen bewirkt wird. Gemäß der Erfindung hergestellte Luftreifen bestehen zweckmiiBig aus Polyurethanharzen. Überwiegend gehören diese dem Polyäther-Typ an. Jedoch können auch Polyesterurethane zur Verarbeitung kommen. Die chemischen Daten dieser Materialien sind allgemein bekannt: es wird zum Beispiel auf die US-Patentschriften 28 52 483 und 28 14 605 sowie 28 14 606 verwiesen, in denen besondere Beispiele von Polyether Polyurethanen und Polyester-Polyurethanen erwähnt sind. Diese Stoffe sind im Handel als Vorpolymere erhältlich und haben eine dem Honig vergleichbare Viskosität. Das spezifische Gewicht der Polyester-Polyurethane liegt für gewöhnlich etwa zwischen 1.15 und 1.30. Die in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Harze können als organische Verbindung mit hohem, etwa über 1000 liegenden Molekulargewicht bezeichnet werden, die sich wiederholende Einheiten aufweisen, welche durch ein beliebiges \ erfahren mit gleichzeitiger Erhöhung des Molekulargewichtes gewonnen werden, beispielsweise durch Polymerisation. Kondensation. Zusatzpfropfpolymerisation. Biockpolymerisation. Vernetzung, Lösung etc. und beliebige Kombination dieser Maßnahmen. Die Harze dieser Stoffe sind polymeres bzw. harzartiges Material, in welchem das Ausmaß der Polymerisation nicht ausreicht, um es aus dem normalen flüssigen Zustand in gelierten oder vollständig verfestigten Zustand zu überführen. Derartige vulkanisierbare flüssige Harze sind also präpolymere, plastisole. Harze des A- und B-Typs, latent katalysierte Harze usw. Diese Harze befinden sich in ihrem endgültigen vulkansierten. d. h. in festem Zustand, wenn irgendeiner der vorerwähnten Vorgänge der Erhöhung des Molekulargewichtes erfolgt und diese Erhöhung beendet ist, sei es durch Erschöpfung des Reaktionsmaterials oder infolge Verarbeitung der gesamten Menge an Vernetzungsmil teln oder des Aufhörens der Erhitzung, der Verwendung von Mitteln zum Abstoppen der Kettenbildung o. dgl. Wie oben erwähnt sollen die fertig vulkanisierten Erzeugnisse elastomere Eigenschaft haben, d. h. elastisch nachgiebig zu sein.

Die obengenannten Polyurethan-Elastomere sind Vorpolymere, die Isocyanatendgruppen besitzen, die leicht mit Verbindungen in Reaktion treten, die aktiven Wasserstoff enthalten. Aus diesem Grund wird für die Zwischenschicht 41 gemäß der Erfindung Kunstseide. Nylonmaterial und/oder polyesterartiges Material .erwendet. Von diesen Stoffen reagiert die Kunstseide am kräftigsten mit den OH-Gruppen, während Nylon etwas

ii schwächer reagiert, da es Amid-Gruppen enthält: dennoch ist im vorliegenden Fall noch eine gute Haftverbindung durch die chemische Reaktion mit den Pol"i;rcth*iriC" '^Tc.'.'iihr!ei^c,ii;t. Die P.eükt!ons^arⁱJ^nn|1P ^c Polyestermaterialien sind die OH- und CGOH-Grup-

-" pen. die sich primär an den Kettenenden befinden: infolgedessen hat jede Kette eine geringe Zahl von Ansatzpunkten für die Bindungen. Immerhin lassen sich mit Polyurethanen relativ gute Bindungen mit Polyestern erzielen. Nachstehend sind die Grundreaktionen

- > angegeben, die sich bei Anwendung der oben erwähnten Materialien mit ihren funktional wichtigen Gruppen ergd ·:ι. In den nachstehenden Formeln bedeuten R der Ureihan-Vorpolymer-Rückstand und R' das Faserpolymer mit seinen Reaktionsgruppen:

Reaktionsvorgäiige

RNCO+ ROH
-R-NH-COOR'
RNCO+RCOOH
)i -R-NH-CO-O-COR'
RNCO +RCONH:
-R-NH-CO-NH-CO-R'

Infoige der Anwendung der Einrichtung nach den

-" Fig. 8 und 9 und des Vulkanisierens des Polvurethanmaterials vor dem Herausnehmen des fertigen Reifens aus der Form, wird zusätzlich zu der erzielten chemischen Bindung auch auf mechanischem Wege ein Zusammenbinden bzw. Zusammenhaften zwischen den

⁴> Fäden bzw. Fasern 45 und dem vulkanisierten Polyurethan erreicht. In Fig. 10 ist ein Querschnitt durch einen fertigen Reifen dargestellt, wie er bei Anwendung einer Gußform nach den Fig. 8 und 9 erzeugt wird. F i g. 11 zeigt die mechanische Verbindung zwischen dem Material der Zw ischenschicht 41 jnd dem Polyurethan.

Die Verbindung zwischen Karkasse und Lauffläche erfolgt unter Zuhilfenahme der eingefügten Zwischenlage 41. wodurch eine sehr gleichmäßige Verbindung erreicht wird, ohne daß unnötig Platz beansprucht wird, wie er bei vielen anderen Methoden des mechanischen Verankerns beim üblichen Anvulkanisieren von Laufflächen an Karkassen der Fall ist. die aus gießfähigen polymeren harzartigen Stoffen hergestellt sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens, bei dem zunächst aus üblichem Laufflächenmaterial eine Lauffläche erzeugt wird, die am äußeren Umfang ein mit der Fahrbahn in Eingriff kommendes Profil und eine dünne Schicht aus einem Fasergewebe erhält, bei dem die Lauffläche mit der Zwischenschicht in eine der fertigen Reifengestalt entsprechend ausgebildete Form eingeführt wird, in die dann ein die Seitenwände und den Kronenabschnitt des fertigen Reifens bildendes flüssiges harzartiges Material eingefüllt und anschließend vulkanisiert wird, wobei eine innige feste Verbindung zwischen dem Material der Lauffläche und dem harzartigen Material der Reifenkarkasse entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht aus Fasergewebe als Zwischenschicht unmittelbar am inneren Umfang der Lauffläche befestigt und vor dem Aufbringen der Polyurethan-Reaktionsmischung aufgerauht wird.