DE2138632A1

DE2138632A1 - Formkörper aus einem elastomeren Material, sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2138632A1
Application number: DE19712138632
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Baden Kresta Erich Ing Perchtoldsdorf Stumpf Horst Dipl Ing Baden Gorter, (Osterreich)
Original assignee: Deutsche Sempent Gesellschaft mbH, 8000 München
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-08-02
Publication date: 1972-02-10
Also published as: IE35488L; NL175801C; CA1005211A; PL94654B1; AT316336B; AU463993B2; SU584751A3; SU422130A3; IL37452A0; IL37452A; SE383123B; LU63652A1; BE770982A; CH532997A; CA1005606A; FR2104013A5; US3837986A; ZA715088B; JPS5513903B1; AU3198771A

Description

Case 6718

DEUTSCHE SEHPERIT GESELLSCHAFT M.B.H.

Formkörper aus einem elastomeren Material, sowie Verfahren und Vorrichtungen zu seiner _____- _—___—__ Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper aus einem elastoraeren Material mit im wesentlichen orientiert eingebetteten Fasern, z.B. Transportband, Luftreifen, Konfektions- oder Heizbalg, sowie auf Verfahren und Vorrichtungen zu seiner Herstellung.

Es ist bekannt, Formkörper au<i elastomere!« Material durch Spritzen oder Pressen in Formen herzustellen. Man kann dabei auch in die Form vor dem Spritz- oder Preßvorgang eine Verstärkungseinlage einlegen. Um diesen zusätzlichen Arbeitsgang zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, Verstärkungselemente, z.B. kurze Glasfaser-, Textil- oder Metallfäden in die Mischung einzubringen, und die solche Fasern enthaltende Mischung in die Form einzuspritzen. Nach diesem Verfahren kann man natürlich auch Stranggut hßrstellen. Da in beiden Fällen ein Fließvorgang stattfindet, bei welchem einzelne Materialanteile zueinander eine Relativbewegung ausführen, werden die Fäden oder Fasern in Fließrichtung i.in wesentlichen in eine zueinander parallele Richtung gebracht, sie werden orientiert. Es wird also ein

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Formkörper erhalten, der durch die orientierten Fäden in Orientierungsrichtung festigkeitsmäßig verstärkt ist, während er senkrecht zur Orientierungsrichtung eine geringere Festigkeit aufweist» Diese bei vielen Körpern erwünschten Ff»stigkeitsunterschiede sind in allen Abschnitten des Körpers gleich. Tn vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, daß ?\m bestimmten Gründen in verschiedenen Abschnitten des Formkörper.«* unterschiedliche Festigkeitsverhältnisse herrechen.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein ForwVörp*"*, bei welchem diese gewünschten unterschiedlichen Festigkeit^vir^ältnissr erreicht werden, und der dadurch n»>kc"n7,eichnpt ist, daß der Formkörper zwei oder mehr Abschnitte mit ν 3ni»innri'ler urit^rThifrH irher Crienti^erunnsrichtung dor Fnsern aufweist.

Die Festigkeit, eines faearverstärl't'in Material.«·, bzw. eines noly- :iier«n Materials, in welchem Fasern eingebettet sind, h^ngt von einer Vielzahl von Parametern ab, darunter insbesond*»-/* von r'*ri Mengenverhältnis und den Fest igk·» it «werten des elastomere·« 'Materials, bzw. des Fasernjaterl« Is, von der nwiwchen rl«n beiden Materialien erzielten Haftung ur.d ir»sb/*-s?orider» von dem Verhältnis der Cripntierunr richtung der Fasern tu der Be^nspruchungsrichtung d*?s Formkörpers.

Zur Erzielung besonderer Effekte, wie z.U. einer gewissen Gleichmäßigen Elastizität dos For;.ikörp«rs im Hint] ick auf Zugbeanspruchung in einer bestimmten Richtung kann es besonder^ r.werkraäßia sein, wenn wenigstens zwei Lagen aus el astoTjerem Material mit Fasern in wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungsrichtungen ?n einem Schichtstoff verbunden sind.

Man hat bisher häufig versucht, Formkörper in verschiedenen Anwendungsgebieten in bestimmten Richtungen Festigkeit dadurch zu verleihen, daß in ein die Grundmasse bildendes polymeres Material

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durchlaufende Fäden, wie z.B. Zwirn- oder Cordlagen, gebündelte Cordpakete oder auch Gewebeschichten eingebettet waren. Daraus ergibt sich jedoch immer eine mehr oder weniper starke Anisotropie, die zu einer unglei ermäßigen Kräftevertei lunq führt und daher im Ganzen gesehen meistens eine stärkere bzv. aufwendin^re Konstruktion erfordert, um b-stim-nten Beanspruchungen gewachsen zu sein. Tm Gencnsatz dazu i«t bei dem erfindunnsgemäßen Formkörper auch unter Berücksichtigung der verschiedenen Abschnitte mit unterschiedlicher Orientieruncisrichtung der eingebetteten Fasern die Kräfteverteilung günstiger, selbst wenn die spezifische Festigkeit des Gesamtverbandes geringer ist, da die vielen dünnen, die Kräfte aufnehmenden Fasern gleichmäßiger verteilt sind. Außerdem wird die Ha ftflache zwischen dem elastomeren Material und dem Verstär'-ungsmater ial wesentlich vergrößert.

Das polymere Material für den erfindunnpgeniäßen Formkörper kann praktisch jede beliebige und bekannte Kunststoff- oder Kautschukmatrix sein. Es ist ja bereits bekannt geworden, Platten mit eingebetteten Stapelfasern mit orientiertem ^rnserver1auf dadurch herzustellen, daß Kunststoff- bzw. ^IIautschukmischungen mit Fasern auf einem Kalander zu Platten gezogen odor an einer Extrusionsspritzraaschine durch eine Breitschlitzdüse extrudiert werden. In beiden FHllen findet in Abhängigkeit von der Verarbeitungsviskosität des polymeren Materials, der Plattendicke und der Steifigkeit der Fasern eine mehr oder weniger vollständige Orientierung der Stapelfasern in Fließrichtung, bzw. senkrecht zum Walzenspalt statt. Es hat sich gezeigt, daß die Faserorientierung umso besser und vollständiger verläuft, je niedriger die Viskosität des polymeren Materials und je kleiner der Walzenspalt (bzw. je dünner die Breitschlitzdüse) ist, bzw. je steifer die Fasern sind. Andererseits erleidet jede Faser, je steifer sie ist, eine desto größere Zerstörung durch Reißen oder Brechen in der Knet- oder Mischmaschine, wenn das polymere Material eine relativ hohe Viskosität aufweist. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, den

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Formkörper aus zwei solchen Materialien herzustellen, bei denen ein möglichst hoher Elastizitätsmodul des Fasermaterials und eine möglichst niedrige Mooney-Plastizität, bzw. Viskosität des polymeren Materials bei seiner Verarbeitungstemperatur kombiniert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie soeben ">rwähnt, wenigstens ein Abschnitt des Formkörpers einem weiteren Fließvorgang unterworfen werden soll. Als besonders vorteilhaft muß es angesehen werden, wenn das elastomere Material ein sogenannter "Liquid Rubber?! ist, z.B. Polybutadien mit Hydroxylgruppen, die mit Isocyanat vernetzt sind, oder Polybutadien mit Karboxylgruppen, di« mit Epoxyharzen vernetzt sind. Mit einem solchen' polymeren Material, welches erst nach erfolgter Formgebung verfestigt wird, ist es möglich, auch Fasern größerer Steifigkeit und Länge durch geeignete Fließvorgänge zu orientieren, ohne sie zu zerbrechen.

Flexiblere Fasern, wie z.B. Kunstseide, werden bei gleicher Orientierungsbehandlung weniger gut ausgerichtet als steif« Fasern. Unter Umständen überstehen jrtdoch steifere Fasern, wie z.B. au3 Polyester, infolge ihrer größeren mechanischen Festigkeit trotzdem den Misch- und Knetproz<*ß besser als flexiblere Kunst neidenfasern*

Weiters ist es vorteilhaft, wrnn als polymer;*.·; Materini Kautschukmischungen auf Naturkä:it@chukbasis verwendet sind, in das ^:5?ier Io Gew.^, vorzugsweise 2o bis 4c Gev.% eingebettet pjn'J. Diese besitzen die nötige Grünfestigkeit, um daraus am Kalander Platten ziehen r>u können.

Um die·erforderliche Grünfestigkeit zu erzielen, trotzdem absr eine billige und gut verarbeitbare Mischung an der Hand zu haben, ist es vorteilhaft, wenn ein Verschnitt auf der Basis von ?o Gewichtsteilen Naturkautschuk, 2o Gewichtsteilen Polybutadienkautschuk und 3o Gewichtsteilen ölv<*rstrecktem Styrolbutadi^nkautschuk eingesetzt ist, wobei in an sich bekannter 'Veise durch den Zusatz von Nitrosoverbindungen die Verarbeitbarkfit verbessert ist, sodaß sich die Mischung gut am Kalander ziehen läßt.

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Die Fasern weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Länge von 8-80 mm auf. Bei Einbettungen in "Liquid Rubber" ist ein Wert von 4o-?5 mm zweckmäßig, bei hochviskosen Mischungen sind Fasern mit einer durchschnittlichen Länge von 15-4o ;nm vorteilhaft.

Soferne der firfindungpsgemäße Formkörper als Luftreifen ausgebildet werden soll, ist es wie erwähnt möglich, die einzelnen bisher üblicherweise aus gummiertem Cord bestehend-m Lagen nunmehr aus orientierte Fasern enthaltendem polynserem Material zu bilden und in an sich bekannter Weise zu einem Rohreifen zu konfektionieren. Es ist dabei zweckmäßig, wenn er Karkasslagen mit annähernd in Radialrichtung orientierten Fasern aufweist. Es werden dabei also Karkasslagen mit einer FaserorientiTunn in radialer oder von der radialen geringfügig abweichenden "iichtung um die Wulstkerne geschlagen. Die Gürtellagen können mit Faserorientierung annähernd in Uhfangsrichtung oder in einer zu der Umfannsrichtung geringfügig abweichenden Richtung (dann aber paarweise mit jeweils gegensinniger Abweichung von ier

Umfangsrichtung) angeordnet sein. In diesem Fall sind vorzugsweise Gürtellagen mit Faserorientierung annähernd in Unfangsrichtuno, angeordnet, sodaß sich bei der Vulkanisation ein Wrlauf der Kanten ergibt. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die Gürtellagen seitlich unter bildung einer Verjüngung abgeschrägt sind. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in d-in Überriangsbereich die K^rkapsenlage-n links und rechts neben dem Gürtel durch di*s Vulkanisierdrücke, die sich durch die Lauffläche fortsetzen, ungebührlich deformiert werden. Es kommt in diesen Bereichen durch Zusammenpressen des Karkassrnverbandes sehr leicht zu Schwachstellen, die zu einer vorzeitigen Ze.£ä.t,örung. de» Reifens führen können«

Es kann auch zweckmäßig sein, einen oder mehrere der Abschnitte mit unterschiedlicher Faserorientierung gleichzeitig mit unterschiedlicher Härte zu wählen, wie z.B. brai einem Luftreifen die Gürtellagen mit einem Material geringerer Härte (z.B. mit Fasern etwa 9o° Sh.*) als die Karkasslagenietwa 85° Sh.)au?gestattet sind.

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Außerdem kann eine Deformierung der Karkasslagen dadurch vermieden werden, daß zwischen Gürtel und Karkasslagen eine härtere, z.B.

vorvulkanisierte Lage vorgesehen ist, die vorzugsweise breiter, als die Gürtellage ist. Es hat sich weiters als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verhältnis der Moduli in Faserorientierungsrichtung und quer dazu zwischen Jo : 1 und 2oo : 1, vorzugsweise zwischen 5o : 1 und loo :

liegt.

Für den erfindungsgemäßen Formkörper kommen als Fasermaterial nicht nur wie bereits erwähnt Polyester - oder Kunstseidefasern, sondern auch solche aus Polyamid, Glas, Metall od.dgl. in Frage. Das Festigkeits-/Dehnungsverhältiiis der organischen Fasern, und damit indirekt deren Steifigkeit, sowie die Bruchlast eines Fadens ist der folgenden Tabelle zu entnehmen.

Faserart Festigkeit der reinen Dehnung in % Bruchlast eines

Faser in g/den - Grundgarnes (einmal

verzwirnt)von 3,3 den

Polyester 8 9 Λ 26

Nylon 66 9 16,5 Jn

Nylon 6 8 18 26

Rayon 5,4 - 5,9 11,4 18 -

Die Polyesterfaser ist aufgrund ihres höheren Moduls steifer und orientiert sich daher leichter. Sie würde aufgrund der höheren Steifigkeit wie bereits erwähnt stärker zum Zerbrechen in kleinere Stücke beim Mischvorgang neigen, wenn nicht ihre höhere Festigkeit dem wiederum entgegenwirken würde. Glasfasern und Metallfäden haben eich bisher als zu steif erwiesen und bieten außerdem große Haftungsprobleme. Unter Einsatz des erwähnten "Liquid Rubber" wird es jedoch möglich, erfindungsgemäß in ihren Eigenschaften ganz besonders vorteilhafte Formkörper zu erzeugen.

Die Haftung der Fasern insbesondere gegenüber Kautschuk-Polymeren kann in an sich bekannter Weise erzielt und beianielsweise durch den Zusatz formaldehydabspaltender Mittel zusammen mit fein verteilten KieselsSurefüllstQffen verbessert werden« BAD

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Wenn die Seitenwand aus f?iner faserfrei«r\ Kautschukmischung besteht, ergibt sich der Vorteil, daß eine bessere Oberflächengüte erreicht und eine Rißbildung durch die Fasern vermieden wird.

Darüber hinaus können auch Förderbänder mit unterschiedlich orientierten Fasern ausgeführt werden. Solche Förderbänder können beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß der Bodenabschnitt in Längsrichtung orientiert« Fasern enthält, während Seitenwände in Querrichtung orientierte Fasern aufweisen. Dadurch ergibt sich bei großer Längsfestigkeit eine gute Elastizität bei Umlenkungen.

Der erfindungsgemäße Formkörper kann dadurch hergestellt werden, daß einzelne Teil formkörper, wobei in jedem orientierte Fasern eingebettet sind, in an sich bekannter Weise, z.B. durch Zusammenkonfektionieren, Kleben od.dgl. miteinander verbunden werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich jedoch erwiesen, wenn ein Formkörper mit orientiert eingebetteten Fasern hergestellt wird, worauf wenigstens ein Abschnitt des Formkörpers eipotn einhielten Fließvorgang in einer von der ursprünglichen Orientierunnsrichtunq der Fasern abweichenden Flioßrichtung ausgesetzt winl. Dieser Fli^ßvcrgang kann beispielsweise dadurch erzielt wer^«p, daß d*r Abschnitt ein^r Zug- und/oder Drucltheanspruchunr· ausgesetzt wirr?. Eine Umorisntierung wird jedoch auch dann erreicht, w«nn das Material des betreffenden Abschnittes Relativbewenunaen, ζ.Π. durch gegeneinander und/oder parallel zueinander bewegte Formteil* ausgesetzt wird. Dabei kann die Neuorientierung beispielsweise durch eine iewisse Scherwirkung beim Gegen«inanderver?chieben von überrinandorlipgenden Materialschichten erfolgejio

Soferne nicht Abschnitte des Formkörpers später einem weiteren Fließvorgang unterzogen werden sollen, sondern eine Zusammensetzung aus Teilen mit verschiedener Faserorientierung erfolgt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Verschnittmischungen auf der Basis 7o Gewichtsteilß Naturkautschuk und 3° Gewichtsteile Styrolbutadienkaiatschuk zu verwenden, die nicht so empfindlich gegenüber der Heizung sind« Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß vor und/oder während und/oder

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nach dem Fließvorgans die nicht diesem Vorgang unterworfenen Abschnitte des Formkörpers vorvulkanisiert werden. Dadurch kann man einerseits eine exakte Übergangszone zwischen den Orientierungsrichtungen, andererseits erhalten sie eine Festigkeit bevor sie zu dem Formkörper verarbeitet werden, wodurch koine nachträgliche Änderung der Faserorientierung bei der weiteren mechanischen Bearbeitung des Formkörpers mehr erfolgen kann.

In eine· weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei der eine Hohlform wenigstens eine Nebenkammer aufweist, aus der eingebrachtes Material durch einen beispielsweise als Kolben ausgebildeten beweglichen Abschnitt in einen von Material zunächst noch freien Teil des Formhohlraumes verdrängbar ist. Es ist von Vorteil, wenn wenigstens ein Abschnitt der Hohlform in einem Winkel zu den orientierten Fasern des in der Hohlforra befindlichen Materials, im wesentlichen parallel zu der mit diesem Abschnitt in Kontakt befindlichen Materialoberfläche bewegbar ist.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Luftreifens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Achse der Reifenhohlform wenigstens eine Kammer vorgesehen ist, wobei ein in dieser angeordneter Kolben gegen die Reifenhohlform bewegbar ist. In diese Kammer wird ein Materialteil mit orientierten Fasern derart eingelegt, daß er die Reifenhohlform teilweise ausfüllt und mit wenigstens einem Abschnitt in die Kammer zu liegen kommt. Nun wird der in der Kammer angeordnete Kolben gegen die Reifenhohlform bewegt, wobei das durch den Kolben verdrängte Material in die Reifenhohlform gepreßt wird, und diese zur Gänze ausfüllt. Das dem Fließvorgang ausgesetzte Material weist nun eine andere Orientierungsrichtung der Fasern auf, während der übrige Materialabschnitt noch die ursprüngliche Orientierung aufweist. Um den Reifen gleich in seiner endgültigen Form herstellen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Arbeitsfläche des Kolbens einen Teil der Reifenhohlform bildet. Man kann beispielsweise in den Schulterbereichen zwei konzentrische Kammern vorsehen, wobei da»

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Material im Laufflächenbereich eingelegt wird und niit seinen seitlichen Abschnitten in die Kammern ragt. Das Material ist durch in Reifenumfangsrichtung orientierte Fasern verstärkt. Durch die Bewegung der Kolben fließt das Material in die Seitenwandabschnitte der Reifen-.hohlform und erhält eine im wesentlichen zur Laufflächenorientierung senkrechte Orientierung.

Die Orientierungsrichtung kann während oder nach dem Fließvorgang erfindungsgemäß dadurch geändert werden, daß wenigstens ein Formenabschnitt gegenüber den übrigen Abschnitten in Umfangsrichtung bewegbar ist. Dieser Formenabschnitt kann im Laufflächenbereich und/oder wenigstens in einem Wulstbereich angeordnet sein. Durch diese Maßnahme kann man in diesen Bereichen eine exakte Orientierung in Umfangsrichtuncj erreichen.

Bestimmte Richtungsänderungen bzw. Überganflszonen zwischen zwei Orißntierungsricbtungen können auch dadurch «»reicht werden, daß in der Reifenhohlform Umlenkripnen und/oder -rillen vorgesehen sind. Durch diese Rippen oder Rillen kann .«ehr leicht und exakt die Fließrichtung des Materials und damit die Orientierungsrichtung der Fasern geändert werden.

Die Erfindung wirrt nun im folgenden be-ispielswris* anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigon c!ie Fig. 1 und 2 verschieden« Arbeitsphasen einer ersten erfindungsrjeniäßen Ausführungsform; Fig. 3 eine Weiterentwicklung der Ausführung)?form nach den Fig. 1 und Γ; die Fig. k ua·! 5 ein« aweitn erfindunnsgemäße Ausführungsform während verschiedener Arbeitsphasen} Fia. 6 eine Weiterentwicklung der Au-sführungsform nach den Fig. '♦ und 5 im Schnitt; die Fig. 7 einen Ti»il der Vorrichtung nach Fig. 6 in Ansicht; Fig. B einen erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen,die Fig. 9 bis 12 weitere Fahrzeugreifen oder Teile davon in Schnitt, Fig. I3 ein Transportband im Schnitt und die FiQ. l't und 15 verschiedene Arbeitsphasen wahrend der Herstellung des Transnortbandec nach Fip. I3.

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Die Vorrichtung nach den Firj. 1 und 2 besteht aus zwei Formhälften 1 und 2 für die Außenflächen einer Luftreif«ni=eitenvand und einem ringförmigen Formteil 3 für die Laufflächenprofilierunp eines Reifens. Innerhalb dieser Formenteile ist ein Formenkern 4 angeordnet. Die Formhälften i und 2 weisen im Schulterbereich des Reifens ringförmige zur Reifenachse konzentrische Kammern 5 und f> auf, in welchen in Achsrichtung des Reifens gegen die Reifenhohlform 7 bewegbare ringförmige Kolben 3 und 9 angeordnet sind. Die Arbeitsflächen Io und 11 der Kolben 8 und 9 bilden einen Teil der Reifenhohlform.

Zu Beginn der Reifenherstellung werden in die Reifenhohl form eine Lauffläche 12 und Wulstkerne 14 eingelegt, wobei diese zur Fixierung der Lage nicht gezeigte Stützeinrichtungen aufweisen können. Dann wird eine Materialbahn 15 mit in Umfangsrichtung orientierten Fasern eingelegt (siehe Fig. l). Darauf werden die Kolben 8 und 9 gegen die Reifenhohlform gedrückt, wobei das in den Kammern 5 und 6 befindliche Material in die Seitenwandbereiche 16 und 17 der Hohlform 7 fließt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Während dieses Fließvorganges werden die Fasern im Seitenwandbereich umorientiert und liegen nach Beendigung des Fließvorganges im wesentlichen in Radialrichtung orientiert. Im Formenkern 4 vorgesehene Rillen 18 dienen zur Stabilisierung der Fließr-ichtung. Im Schulterbereich sind die Fasern nach Beendigung des Fließvorganges im wesentlichen in Wirrlage, wodurch eine gute Übergangszone geschaffen wird. Der Laufflächenabschnitt der Materialbahn 15 wird keiner Fließbewegung ausgesetzt, sodaß die Umfangsorientierung nicht verändert wird.

In der Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die in ihrem Aufbau der in den Fig. 1 und 2'dargestellten Vorrichtung ähnelt. Diese Vorrichtung weist zusätzlich im Wulstbereich zwei ringförmige Formabschnitte 19 und 2o auf, die in Umfangsrichtung drehbar sind. Während oder nach Beendigung des Fließvorganges werden diese beiden Forraabechnitte in Drehbewegung versetzt, wodurch das im Wulstabschnitt befindliche Material in Umfancjsrichtung bewegt wird und die Fasern in diesem Abschnitt in der gleichen Richtung orientiert werden. Bei ausreichender Orientierung kann dabei auf die Wulst-Kerne verzichtet werden.

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Bei der Vorrichtung nach den Fig. 4 und 5 sind in den Formhälften 21 und 22 im Wulstbereich des Reifens Kammern 23 und 24 vorgesehen, die den Kammern 5 und 6 der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 entsprechen. In diesen Kammern 23 und 24 sind wieder Kolben 25 und geführt. Das Material wird wie in Fig. 4 dargestellt ist, nach Einlegen der Lauffläche 12 in Form von zwei Ringen im Wulstbereich eingelegt, wobei die Fasern in Umfangsrichtung orientiert sind undder Wulstkern 14 gegebenenfalls bereits in dem Material eingebettet sein kann. Durch Gegeneinanderbewegen der Kolben 25 und 26 wird der Fließvorgang des Materials eingeleitet. Durch im Formenkern 27 angeordnete Rippen 28 wird das Material im Seitenwandbereich 7, wie in Fig. 5 dargestellt, zunächst im wesentlichen in Radialrichtung und im Laufflächenbereich im wesentlichen in Umfangsrichtung geleitet.

Um im Laufflächenbereich eine bessere Orientierung in Umfangsrichtung zu erreichen ist bei der Vorrichtung nach Fig. 6 im Formenkern 29 ein ringförmiger Abschnitt 3° unmittelbar unter dem Laufflächenbereich vorgesehen, der gegenüber dem feststehenden Formenkern 29 in Umfangsrichtung bewegbar ist. Der Abschnitt 3° weist wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist, Rippen 31 auf, die zur Verbesserung der Orientierung im Lauf-flächenbereich dienen. Um im Seitenwandbereich die radiale Fließrichtung aufrechtzuerhalten sind im Formenkern 29 Rillen 32 vorgesehen.

Bei allen Ausführungsformen hängt die Form und Anzahl der Rippen bzw. Rillen von der gewünschten Orientierung in den einzelnen Abschnitten ab.

Beispielsweise können die Rillen bzw. Rippen bei zwei gegenüberliegenden Flächen der Reifenhohl form sich kreuzend nnrjeordnet sein. Dadurch werden die Fasern in 7vsi übereinanderliegenden Schichten in unterschiedlicher Richtung orientiert, wodurch annähernd ein Kreuzverband erreicht wird.

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Bei vulkanisierbaren Elastomeren kann die Reifenhohl form oleichaeitig Vulkanisierf or*i sein.

Die Fig. 8 zeigt einen erfinriungsgemäßen Reifen in Schnitt, wob^i die Fasern 33 im Laufflächenbereich Jk und in den Wul3tbereichen 35 in Umfangsrichtuηπ orientiert sind. Die Fasern 36 in den Seitenwandhereichen 37 «und χ·η wesentlichen senkrecht zur Umfang«richtung orientiert.

In gleicher Weise können auch Konfektions- oder Hriizbälge für die Reifenerzeuguncj hergestellt werden,

Eine unterschiedliche Orientierung der Fasarn in verschiedenen Reifenabschnitten kann auch vie bereits erwähnt durch Konfektionierung von Lagen mit entsprechend unterschiedlich orientiert eingebetteten Fasern erfolgen.

Der Luftreifen nach Fig. 9 besteht ans zwei je etwa 1,2 mm starken Karkassenlagen 41, 42, in welchen in radialer Richtung orientierte Fasern eingebettet sind. Im Laufflächenbereich ist auf der äußeren Karkassenlage 2 eine Gürtellage 43 angesetzt, in welcher in Umfangsrichtung orientierte Fasern eingebettet sind. Die Seitenwandabschnitte des Reifens sind durch Seitenstreifen 44 verstärkt, die in Radialrichtung orientiert eingebettete Fasern aufweisen. Die Gürtellage 43 und teilweise auch die Seitenstreifen 44 werden von einer Lauffläche 45 überdeckt.

Der Luftreifen gemäß Fig. Io weist vier Karkassenlagen 4fi, 47, 48 und 49 auf. Durch diese Maßnahme können die einzelnen Lagen dünner, nämlich auf je etwa 0,6 mm gehalten werden, wodurch bei deren Herstellung eine bessere Orientierung oar eingebetteten Fasern erreicht wird. Die Lagen werden in bekannter Art durch .Spritzen oder Kalandrieren hergestellt, wobei d«»r Grad der Orientierung von der Verarbeitungsgeschwindigkeit (Fließgeschwindigkeit) und von dem Querschnitt abhängig ist.

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Die Seitenwand 5° besteht bei diesem Beispiel aus einer faserfreien Kautschukmischung, um in diesem Bereich eine bessere Oberflächengüte zu erreichen, und eine oberflächliche Rißbildung durch die Fasern zu vermeiden. Der Wulstkeil 51 besteht aus einer Kautschukmischung mit in Umfangsrichtung orientiert eingebetteten Fasern. Dadurch wird in diesem Bereich des Reifens eine optimale Steifigkeit gegeben. Die Gürtellage weist seitliche Abschrägungen 53 auf, damit im Schulterbereich 54 des Reifens ein besserer Übergang gebildet wird.

Bei der Ausführungsforra nach Fig. 11 wird die Abschrägung durch übereinanderliegende unterschiedlich breite Teilgürtellagen 551 56, 57 erreicht, wodurch ein stufenförmiger Übergang geschaffen wird. Die Orientierungsrichtung der Fasern in diesem Schichtverband ist in jeder der drei Lagen unterschiedlich und zwar beträgt sie in der Lage 55 3o , in der Lage 56 +78 und in der Lage 57 -78 zur Radialrichtung, sodaß in an sich bekannter Weise ein Dreiecksverband gebildet wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 wird die erwähnte Fehlerquelle dadurch vermieden, daß zwischen der Karkasse 58 und dem Gürtel 59 eine Lage 60.angeordnet ist, die breiter als die Gürtellage ist und ein Eindrücken der Gürtellage und der Lauffläche in die Karkasse in diesem Bereich vermeidet. Die Lage 60 kann aus einem härteren Material oder aus einem dem Laufflächenmaterial ähnlichen, jedoch vorvulkanisierten Material bestehen.

Durch spezielle Ausgestaltung der Reifenhohl form, z.B. durch unterschiedliche Ausgestaltung der Dimensionen und/oder der Rillen oder Rippen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch asymmetrische Reifen hergestellt werden.

Fig. 13 zeigt ein Förderband im Schnitt,das aus einem Bodenabschnitt 61 und zwei Seitenwänden 62 besteht. Im Bodenabschnitt 61 sind die Fasern 63 in Längsrichtung und in den Seit'-nw/inden in Querrichtung orientiert. Dadurch erhält man ein Förderband, da3 mit dem Boden-

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abschnitt die Zugkräfte aufnimmt, während die Seitenwände genügend elastisch sind, um im Bereich der Umlenkrollen unterschiedliche Dehnungen aufnehmen zu können.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Vorrichtung zur Herstellung des Förderbandes 61 nach Fig. I3 dargestellt.

Fig. 14 zeigt die erste Arbeitsphase, während welcher ein Halbfabrikat des Förderbandes in die Formen 64 eingelegt wird. Die Enden 65 des Halbfabrikates liegen dabei in Nebenkammern 66 der Form 64, in welchen kolbenförmige Abschnitte 67 verschiebbar angeordnet sind.

Während der zweiten Phase (siehe Fig I5) 'werden die Abschnitte 67 gegen den Formhohlraum bewegt, wobei die Arbeitsfläche 6B der Abschnitte 67 in ihrer Endstellung Teile der Hohlform bilden. Die Enden 65 des Halbfabrikates werden in die restlichen Hohl formteile 69 gedrängt, wobei eine Umorientierung der Fasern eintritt.

Beispiel Ii

Eine Naturkautschukmischung wird im Kneter mit 2o Gew.% 80 mm lange Polyesterfasern, die einen Titer von 3,3 den aufweisen, versetzt. Daraus werden am Kalander Platten gezogen und in an sich bekannter Weise vulkanisiert. D^r Vergleich der erzi-lten Eigenschaften einer solchen Faserlage gegenüber einer cor<'verst*-\rkten Guramilage, bzw. einer Cordgewebelage mit Gummiaufpressung findet sich in der folgenden Tabelle, und zwar jeweils getrennt für die Längs- bzw. Querrichtung zur Faserorientierung angegeben.

cordverstärkt faserverstärkt

	1	1,5	q	1	•'».5	q
Festigkeit in kß/m	looo	8o	52o	74
Bruchdehnung in %	14	4oo	21	2tfO
η M loo in kg/cm (Modul)	-	22	-	43
ο Dehnung in % bei loo kg/cm" Belastung		_

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Solche Platten werden beispielsweise zur,erfinrfungsgemäßen Konfektion von Luftr^ifenrohlingen, beispielsweise wie in Fig. 11 beschrieben, herangezogen. Es zeigt sich, daß selbst die in Längsrichtung gegenüber einer cordverstärkten Lage auf die Hälfte reduzierte Festigkeit infolge der besseren Homogenität ausreicht, da eine gleichmäßigere Kräfteverteilung asugegen ist. Dadurch kann ein Reifen mit dieson Einlagen eine gleiche Lebensdauer aufweisen, wie herkömmliche Reifen. Obwohl es auch bekannt ist, daß insbesondere bei Radialkarkassen für Gürtelreifen die Bruchdehnung in Querrichtung möglichst hoch sein sollte, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die von den erfindung^gemäßen Faserlagen erzielte Bruchdehnung in Querrichtung von 2oo % ist für das Fahrverhalten wesentlich besser, als beispielsweise eine Bruchdehnung von 4oo % bei den herkömmlichen Reifen, da bei letzterer eine zu große Weichheit gegeben ist.

Beispiel 2:

In analoger Weise wie in Beispiel 1 angegeben wird eine Kautschukmischung auf der Basis von 7 ο % Naturkautschuk und Jo %'ölverstrecktcm Styrolbutadienkautschuk mit 25 Gew.% (auf die Gesamtmischung bezogen) 8 mm langer Glasfasern versetzt,die einen Durchmesser von o,ol-o,o^timm aufweisen. Je kurzer die Faserstücke in dem faserhaltigen polymeren Material werden, desto höher muß und kann das polymere Material mit Fasern gefüllt werden, um einen gewünschten Modul zu erreichen, und desto besser muß das Haftsystem ausgebildet sein« Je hoher die Faserfüllung des polymeren Materials liegt, desto höher wird auch der Modul. Damit wird aber die Mischung auch steifer und schlechter zu verarbeiten, und ergibt im ausvulkanisierten Zustand im allgemeinen eine höhere Wärmeentwicklung. Andererseits steigt der Modul auch mit der Länge der Faserstücke in dem polymeren Material.

Beispiel 3?

In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben werden in eine Kautschukmischung auf der Basis von ?o % Naturkautschuk, 2o % Polybutadien und 3o % Styrolbutadien je 15 Gew.°i (auf die gesamte Mischung

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bezogen) 4o ram lange Polyamidfasern der Stärke o,ol - 0,03 ram und
60 mm lange Polyesterfasern mit einem Titer von 3i3 den eingemischt! Mit einer solchen Mischung kann besonders zweckmäßig das Verhältnis
der Moduli in Längs- und Querrichtung möglichst groß gehalten werden, wodurch bei Verwendung solcher faserverstärkten Platten in zwei verschiedenen Richtungen (nämlich annähernd radial für die Karkasse und annähernd in Reifenlaufrichtung zu den Gürtel) ausgeprägte Radialreifeneigenschaften erzielbar sind.

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Claims

Patentan'sprü c h e

1./ Formkörper aus einem elastomeren Material mit im wesentlichen orientiert eingebetteten Fasern beliebigen Materials als Festigkeitsträger z.B. Transportband, Luftreifen, Konfektions- oder Heizbalg, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper zwei oder mehr Abschnitte mit voneinander unterschiedlicher Orientierungsrichtung der Fasern aufweist»

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Lagen aus elastomerem Material mit Fasern in wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungsrichtungen zu einem Schichtstoff verbunden sind.

3. Formkörper nach Anspnch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material ein "Liquid Rubber" ist, z.B. ein Polybutadien mit Hydroxylgruppen, die mit Isocyanat vernetzt sind, oder Polybutadien mit Karboxylgruppen, die mit Epoxyharzen vernetzt sind.

4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elastomeres Material Kautschukmischungen auf Naturkautschukbasis verwendet sind, in das über Io Gew.%, vorzugsweise 2o bis 4o Gew.?o Fasern eingebettet sind.

5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschnitt auf der Basis von ?o Gewichtsteilen Naturkautschuk, 2o Gewichtsteilen Polybutadienkautschuk und 3° Gewichtsteilen ölverstreckten Styrolbutadienkautschuk eingesetzt ist, wobei in an eich bekannter Weise durch den Zusatz von Nitrosoverbindungen die Verarbeitbarkeit verbessert ist.

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6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte unterschiedlicher Faserrichtung auch unterschiedliche Härte aufweisen.

7· Formkörper nach ein«n der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Modtili in Faserorientierungsrichtung und quer dazu zwischen 3° * 1 und 2oo : 1, vorzugsweise zwischen 5o : 1 und loo : 1 liegt.

8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastomeren Material Io - 2o Gew.% Polyamidfasern und 2o - Io Gew.?S Polyesterfasern eingebettet sind.

9· Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine durchschnittliche Länge von 8 - 8o mm, vorzugsweise 4o - 75 mm aufweisen.

10. Luftreifen nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Karkasslagen mit annähernd in Radialrichtung orientierten Fasern aufweist.

11. Luftreifen nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß Gürtellagen mit Faserorientierung annähernd in Urafangsrichtung angeordnet sind.

12. Luftreifen nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellagen seitlich unter Bildung einer Verjüngung abgeschrägt sind.

13. Luftreifen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Gürtellagen schmäler als die inneren sind.

14. Luftreifen nach einem der Ansprüche Io bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellagen mit einen Material geringerer Härte als <ii·- Karkasslacjen ausgestattet sinl

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15. Luftreifen nach »in^ni der Ansprüche In bis 13» dadurch gekennzeichnet-, daß zwisehen Gürtel und Karkasslagen eine härtere, z.B. vorvulkanisierte Laye (6o) vorgesehen ist, die vorzugsweise breiter, als die Giirtellage ist.

16. Luftreifen nach einem der Ansprüche Io bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Laufflachonbereich (3^) und/oder im Wulstbereich (33) des Luftreifens die Fasern (33) i*n wesentlichen in Umfangs-

- richtung orientiert sind.

17. Luftreifen nach einem der Ansprüche! Io bis 1*5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenwand (37) die Orientierunnsrichtung dar Fasern (36) von derjenigen in Lauf f la'chenhereich (3Ό abweicht, und daß im Schulterbereich und/oder in ri«r ÜbergangsTSOne zwischen Seitenwand- und '.tftilstbereich eine kontinuierliche Übergangszone der Orientiertinqsrichtung lieot.

18. Luftreifen nach tanr-a der Anspruchs Io - 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (5o) aus einer faserfreien Kautschukmischung besteht.

19. Förderband nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß der T3odenabschnitt (6l) in Längsrichtung orientierte Fasern enthält, während Seitenwände (62) in Querrichtung orientierte Fasern aufweisen.

20. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Teilformkörper, in deren jeden orientierte Fasern eingebettet sind, in an sich bekannter Weise, z.B. durch Zusammenkonfektionieren, Kleben od.dgl. untereinander verbunden werden.

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27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche Io bis 13, für die Herstellung von Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Achse der fteifenhohlforra wenigstens eine Kammer (5₅ 6) vorgesehen ist» wobei ein in dieser angeordneter Kolben (8, 9) gegen die Reifenhohlforsa bewegbar ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß dis Arbeitsfläche des Kolbens (8, 9} einen Teil der Reifenhohlform bildet.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, für die Her&elltrag von Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß wenicjstens ein Porraosnabschnitt (19, 3o) gegenüber den übrigen Abschnitten in Urnfangsrichtung bewegbar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennaelehnet, daß der bewegliche Formenabschnitt (199 3o) i"» Laufflächenbereieh und/oder in wenigstens einem Wulstbereich angeordnet ist₀

3I0 Vorrichtung nach einem d?»r Ansprüche 27 bis 3O9 dadurch gakeranzeichnet, daß in d«r Re i fonhohl form Umlsnkrippen (3ΙΪ »tnä/oder -rillen (32) vorgesehen sind.

DEUTSCHE

ESELLSCHAFfrM.S.H

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